在水稻田生态系统中,氢气浓度的增加不仅可以提升土壤微生物的代谢活性,还可以促进水稻生长,降低水稻对重金属的积累,因而研究水稻田中产氢菌的产氢代谢具有重要的意义.水铁矿作为水稻田中广泛分布的铁氧化物,已有研究表明它可以促进微生物产氢,但现有研究中高浓度水铁矿对pH的缓冲效果制约了对其机制的深入剖析.因此,该研究以低量(0—50 mg·L?1浓度范围内)水铁矿为研究重点,以稻田来源产氢梭菌为研究对象,通过研究不同浓度的水铁矿对梭菌的产氢量、产氢酶酶活性和生物量的影响,结合发酵液中的主要代谢产物、葡萄糖含量和Fe(II)含量变化,对水铁矿的作用机制进行深入探究.研究表明,在低量范围内,水铁矿对梭菌暗发酵体系无明显的pH缓冲效果,但能有效促进氢气的产生.水铁矿最佳投加量为15 mg·L?1,此条件下总产氢量比空白对照组高85.34％;葡萄糖利用率从空白对照组的77.66％提升至91.40％;梭菌最大生物量是空白对照组的1.82倍;产氢酶酶活性是空白对照组的1.80倍;梭菌产乙酸和产丁酸量增加,产乳酸量降低,其中乙酸和丁酸产量分别较空白组提高71.42％、28.98％,乳酸产量降低12.55％;培养体系Fe(II)含量随反应时间不断增加,最高浓度为6.36 mg·L?1,但铁还原电子消耗总量仅占产氢电子消耗的0.12％.综上,低量水铁矿在无明显pH缓冲效果的情况下仍能够显著促进梭菌产氢,其促进梭菌产氢的潜在机制有:(1)促进梭菌的生长及葡萄糖的利用;(2)提高产氢酶酶活性;(3)调节梭菌代谢向有利于产氢的方向转变.研究结果可为深入了解水铁矿在自然环境中对产氢微生物的影响提供理论基础.

水稻土;水铁矿;梭菌;产氢;铁还原;pH

张亚平;陈慧敏;吴志宇;汤佳;谢章彰;刘芳华

广东工业大学环境科学与工程学院,广东广州 510006;广东省科学院生态环境与土壤研究所/华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心/广东省农业环境综合治理重点实验室,广东广州 510650;烟台大学生命科学学院,山东烟台 264003

生态环境学报

[1]张亚平;陈慧敏;吴志宇;汤佳;谢章彰;刘芳华-.低量水铁矿促进稻田梭菌Clostridium sp.BY-1产氢效率)[J].生态环境学报,2022(12):2341-2349

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