厌氧水稻土中氧化铁的还原是微生物介导的异化还原,是微生物利用Fe(III)作为最终电子受体所进行的厌氧呼吸过程。水稻土中的Fe(III)主要以各种氧化物形式存在,针铁矿及赤铁矿等晶体结构的铁氧化物是难以被微生物利用,因为晶体氧化铁不易与微生物菌体外膜接触。然而,在Lovley提出电子穿梭体概念以后,人们对晶体氧化铁的还原机理有了新的认识。从微生物菌体外膜蛋白到Fe(III)氧化物的电子传递可以通过中间体来完成,这一中间体被称为电子穿梭物质,从而促进Fe(III)氧化物的还原。蒽醌-2,6-二磺酸盐(anthraquione-2,6-disulfonate, AQDS)、腐殖酸、核黄素(VB2)及维生素B12(VB12)是已知的具有电子传递作用的有机物,在自然界中具有参与碳片段的还原和转移的功能。作为与电子传递有关的物质,探讨其对微生物铁还原过程影响,对于深化微生物铁还原机理认识,强化及调控水稻土中铁的异化还原过程具有重要的理论意义。分别通过土壤泥浆厌氧培养、不同水稻土浸提液接种的微生物群落厌氧培养及具有铁还原功能的菌株的纯培养试验,探讨了添加蒽醌-2,6-二磺酸盐(anthraquione -2,6-disulfonate, AQDS)、黄腐酸(FA)、钴胺素(VB12)及核黄素(VB2)等不同电子传递物质对微生物铁还原过程的影响特征,验证了其作为电子传递物质时的潜在功能,比较了不同电子传递物质作为碳源时被铁还原微生物的利用程度。研究获得以下主要结论:(1)在微生物群落培养试验中,添加AQDS相对于对照处理中的Fe(III)还原速率明显增加,并且随着AQDS添加浓度的增加对Fe(OH)3还原的促进作用愈明显。证实了AQDS在体系中作为电子穿梭体起到了传递电子的作用,促进了微生物铁还原过程。不同水稻土中浸提出的微生物对Fe(OH)3还原能力不同,其中四川水稻土中微生物群落对Fe(OH)3还原能力大于浙江水稻土微生物群落,而浙江水稻土微生物群落对AQDS的响应更敏感,即AQDS对Fe(OH)3还原的促进作用更明显。(2)在微生物群落培养试验中,添加FA明显加快了Fe(OH)3还原,且随着FA添加浓度的增加,对Fe(OH)3还原的促进作用增强,尤其在四川水稻土微生物群落中FA对Fe(OH)3还原的促进作用最明显。证实了FA在铁还原过程中起到了传递电子的作用,能够促进水稻土微生物群落中的异化铁还原反应。(3)采用分离纯化的具有铁还原功能的菌株的纯培养试验中,添加AQDS可显著增加体系中Fe(OH)3的还原速率。铁还原菌株SC-a09、SC-a24、JX-a03及JX-a12对Fe(OH)3的还原能力具有一定差异,对AQDS的响应也有不同。添加AQDS对菌株SC-a24及JX-a03的Fe(OH)3还原促进作用更为明显。进一步证实了AQDS能够作为电子穿梭物质在铁还原过程中加速电子传递的功能。添加FA能够促进菌株SC-a09、SC-a24及JX-a03对Fe(OH)3的还原,而菌株JX-a12对FA的响应较弱。(4)在土壤泥浆厌氧培养试验中,向水稻土中添加不同浓度AQDS,不仅影响Fe(III)还原速率,还增大了Fe(II)产生量。在培养初期,AQDS加快了水稻土中Fe(III)还原速率,并且Fe(III)的还原量是随着AQDS加入浓度的增加而增大;在培养后期,Fe(II)产生量相对于对照显著提高,表明AQDS对水稻土中晶体氧化铁的生物还原具有重要作用。向水稻土中添加不同浓度FA对Fe(III)还原没有明显促进作用,只稍许增加了Fe(II)生成量。(5)通过不同电子传递物质作为碳源被铁还原微生物利用能力的比较发现,在不加碳源的体系中添加VB12后只有极少部分Fe(OH)3被还原,使Fe(II)的累计量有所增加,体系中VB12可能被铁还原微生物作为碳源所利用。与加碳源对照相比较,添加VB12在培养后期(20 d后)能够抑制体系中Fe(OH)3的还原。证实了VB12并不具备电子穿梭物质的特性。在不添加碳源的条件下,体系中铁还原微生物能够利用核黄素(VB2)作为碳源使Fe(OH)3还原,并且体系中Fe(II)生成量随着VB2添加浓度的增大而增加。与添加碳源处理相比,添加VB2促进了体系中Fe(OH)3的还原,并且随着VB2添加浓度的增大体系中Fe(II)生成量增加。证实了VB2能够作为电子传递物质加快Fe(OH)3还原,并且具有一定的电子穿梭体的特性。在不添碳源的条件下,添加FA对培养体系中的Fe(OH)3还原的影响微弱,表明铁还原微生物不能利用FA作为碳源物质。在加碳源的条件下,添加FA可明显促进体系中Fe(OH)3还原,Fe(II)的最大累计量(a)、最大反应速率(Vmax)及Fe(III)还原率都随着FA添加浓度的增大而增大。表明FA在铁还原体系中具有明显的传递电子功能,证实了FA具有电子穿梭物质的特性。