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		分解溶解性的鐵可被微生物吸收利用

　　生境中的碳循環(huán)是生物圈總循環(huán)的基礎(chǔ)，異養(yǎng)的大生物和微生物都參與循環(huán)，但微生物的作用是最重要的。在好氧條件下，大生物和微生物都能分解簡單的有機(jī)物和生物多聚物(淀粉，果膠，蛋白質(zhì)等)，但微生物是唯一在厭氧條件下進(jìn)行有機(jī)物分解的。微生物能使非常豐富的生物多聚物得到分解，腐殖質(zhì)、蠟和許多人造化合物只有微生物才能分解。

　　碳的循環(huán)轉(zhuǎn)化中除了最重要的CO2外，還有CO、烴類物質(zhì)等。藻類能產(chǎn)生少量的CO并釋放到大氣中，而一些異養(yǎng)和自養(yǎng)的微生物能固定CO作為碳源(如氧化碳細(xì)菌)。烴類物質(zhì)(如甲烷)可由微生物活動產(chǎn)生，也可被甲烷氧化細(xì)菌所利用(圖ll—1)。大氣CO2濃度的持續(xù)提高引起的“溫室效應(yīng)”是一個全球性環(huán)境問題。

　　硝酸鹽還原包括異化硝酸鹽還原和同化硝酸鹽還原。異化硝酸鹽還原又分為發(fā)酵性硝酸鹽還原(fermentative nitrate reduction)和呼吸性硝酸鹽還原(respiratory nitrate reduction)。如呼吸性硝酸鹽還原的產(chǎn)物是氣態(tài)的N2O、N2，則這個過程被稱為反硝化作用。同化硝酸鹽還原是硝酸鹽被還原成亞硝酸鹽和氨，氨被同化成氨基酸的過程。這里被還原的氮化物成為微生物的氮源。異化硝酸鹽還原是在無氧或微氧條件下，微生物進(jìn)行的硝酸鹽呼吸即以NO3-或NO2-代替O2作為電子受體進(jìn)行呼吸代謝。與同化硝酸鹽還原相比，它的酶系一般是顆粒性的，可被氧競爭性抑制，但不受氫的抑制。發(fā)酵性硝酸鹽還原中硝酸鹽是發(fā)酵過程的“附帶”電子受體，而不是末端受體，為不完全還原，發(fā)酵產(chǎn)物主要是亞硝酸鹽和NH4+。其特點(diǎn)是沒有膜結(jié)合酶，細(xì)胞色素和電子傳遞磷酸化。這種現(xiàn)象在自然界非常普遍，大多數(shù)由兼性厭氧菌來完成，如腸桿菌屬、埃希氏菌屬和芽孢桿菌屬細(xì)菌。

　　呼吸性硝酸鹽還原中硝酸鹽作為末端電子受體被還原成亞硝酸鹽、氨或產(chǎn)生氣態(tài)氮(反硝化作用)。在反硝化過程中硝酸鹽經(jīng)一系列酶的作用，細(xì)胞色素傳遞電子，最后被還原成N2O和N2，大量的N2O、N2釋放到大氣中去。反硝化過程也是一個偶聯(lián)產(chǎn)能過程，但電子傳遞鏈較短，一個硝酸鹽還原過程產(chǎn)生2個ATP，反硝化細(xì)菌的生長緩慢。具有異化硝酸鹽還原能力的微生物很多，大部分是異養(yǎng)的，少量自養(yǎng)，有的能兼營異養(yǎng)和自養(yǎng)。但它們都是好氧菌或兼性厭氧菌。反硝化作用的效應(yīng)是造成氮的損失從而降低氮肥效率，N2O的釋放可破壞臭氧層，損失的氮因固氮過程增加的氮而得到平衡。

　　高鐵化合物的還原和溶解在通氣不良的條件下，微生物生命活動所產(chǎn)生的酸類物質(zhì)可將環(huán)境中的沉淀性高鐵化合物溶解或使高鐵化合物被還原為亞鐵化物而溶解。

　　亞鐵化物的氧化和沉淀在土壤中生活的兼性或?qū)Ｐ曰軤I養(yǎng)型的鐵細(xì)菌，如氧化亞鐵亞鐵桿菌(Ferrobacillus ferrooxidans)、硫桿菌屬(Thiobacillus)、嘉利翁菌屬(Gallionella)、纖發(fā)菌屬(Leptothrix)、泉發(fā)菌屬(Crenothrix)和球衣菌屬(Sphaerotilus)中的許多菌種能將亞鐵離子氧化為高鐵離子，并利用此過程所產(chǎn)生的能量和還原力同化CO2進(jìn)行自養(yǎng)生活。鐵細(xì)菌所進(jìn)行的亞鐵的氧化反應(yīng)是：

　　Fe2+ + H+ +1／4O2→ Fe3+ +1／2H2O

　　含鐵有機(jī)化合物的形成與分解溶解性的鐵可被微生物吸收利用，形成有機(jī)結(jié)合態(tài)，或與有機(jī)酸結(jié)合成為有機(jī)酸鐵鹽，或產(chǎn)生含鐵有機(jī)螯合物。含鐵有機(jī)化合物又可為微生物所利用，并分解釋放出無機(jī)態(tài)的鐵。

　　高鐵化合物的物理性質(zhì)和電化學(xué)性能，采用化學(xué)法合成了K2FeO4、BaFeO4、SrFeO4和K2Sr(FeO4)2等幾種高鐵化合物，比較研究了這幾種高鐵化合物的形貌、結(jié)構(gòu)、在不同濃度KOH溶液中的溶解度及其放電性能．研究結(jié)果顯示，在這幾種高鐵化合物中，BaFeO4具有較好的電化學(xué)性能．但在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，除K2FeO4外，其余幾種高鐵化合物均不穩(wěn)定，在干燥環(huán)境中放置時會發(fā)生分解．采用量子化學(xué)從頭算方法從理論上分析了高鐵化合物的穩(wěn)定性變化規(guī)律．研究結(jié)果表明，高鐵化合物的穩(wěn)定性與陽離子對FeO4^2-的極化作用有很大關(guān)系，極化作用越強(qiáng)，高鐵化合物就越不穩(wěn)定。

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