锰的氧化还原循环促进了土壤中微生物对钒的固定作用

《Environmental Science & Technology》：Manganese Redox Cycling Promotes Microbial Vanadium Immobilization in Soil

　　

摘要

尽管微生物还原固定化是一种处理土壤中有毒钒（V）的有效方法，但土壤中普遍存在的锰（Mn）对钒地球化学的影响仍不够清楚。本研究展示了锰氧化还原循环对微生物固定化钒的显著影响。受影响微生物群落中的钒和锰含量呈正相关。锰 oxide（MnO）和锰尖晶石（MnO?）能够加速钒（V）的生物还原为四价钒（V?），同时生成像MnV?O?这样的高稳定性锰钒化合物。研究发现了锰（II）、锰（III）和锰（IV）的存在，这些物质促进了锰的氧化还原循环，从而增强了钒（V）的生物还原所需的电子转移。两种新描述的菌种——Bosea属和Rhodoferax属——可能参与了钒（V）的还原过程，其相关基因包括narG、napA和nirK。Bosea属含有moxA基因，可氧化锰（II）；而Rhodoferax属含有mtrC基因，可还原锰（IV），生成锰（III）中间体，这些中间体会自发地再次发生歧化反应，生成锰（II）和锰（IV）。纯培养实验为这些菌种的代谢功能提供了证据。田间实验也证实了这种固定化方法的实际有效性。本研究揭示了土壤中钒和锰之间的生物地球化学相互作用，为钒的生物修复技术的发展提供了新的思路。