铁是地壳中含量第四丰富的元素,是重要的氧化还原变价金属,其循环是土壤生物地球化学过程的重要驱动力。铁循环过程能耦合污染物的降解、重金属的迁移转化以及生源要素循环等。硝酸盐依赖亚铁氧化微生物作用下的亚铁氧化耦合NO3-还原过程是环境中Fe-N元素循环的重要纽带。该微生物能在厌氧无光照的条件下以NO3-为电子受体氧化Fe(II)。Fe(II)氧化产生的Fe(III)亦可作为铁还原微生物的电子受体继续参与铁还原过程;而NO3-还原有助于生物圈中固定的N返回大气维持全球氮平衡。以往的研究认为硝酸盐依赖亚铁氧化微生物作用下的Fe-N元素循环耦合过程是单一的生物作用过程,但热力学分析显示,Fe(II)与NO3-/NO2-可发生非生物作用氧化还原反应。因此该过程可能同时存在生物和非生物作用,但具体过程尚不明确。本文以自养型硝酸盐依赖亚铁氧化微生物Pseudogulbenkiania sp.Strain 2002为目标微生物,采用反应动力学、N同位素分馏、矿物表征等方法详细解析了反应过程中的生物和非生物作用。主要结论如下:(1)Pseudogulbenkiania sp.strain 2002参与的硝酸盐依赖亚铁氧化过程中,外源Fe(II)和体内有机物均可作为电子供体还原NO3-和NO2-,这是单一的生物作用过程;反应过程中还存非生物作用下的Fe(II)与NO2-的氧化还原反应,因此硝酸盐依赖亚铁氧化过程中,NO2-的还原过程存在生物和非生物共同作用。(2)生物作用下,Fe(II)为电子供体时氧化产物以纤铁矿为主(>70%),主要包裹于细胞表面,而影响微生物的新陈代谢活性,导致NO3-和NO2-还原速率低于体内有机物为电子供体时;而Fe(II)与NO2-非生物作用反应产物为针铁矿,主要沉积于细胞周围。本实验详细的解析了Strain 2002参与的硝酸盐依赖亚铁氧化的生物和非生物作用过程,两种作用方式在反应过程中同时进行难以分割,区分并评价其相对贡献将会是下一步研究的重点。