Microbial oxidation of Fe(II)-natural organic matter complexes

Fe(II)-天然有机物复合物的微生物氧化

基本信息

项目摘要

Iron speciation and in particular the identity and properties of Fe(III) minerals and dissolved Fe(III)-complexes formed during Fe(II) oxidation strongly impact sorption and thus the mobility and bioavailability of toxic elements such as arsenic, cadmium, copper and mercury (Hg) and thereby affect the quality of water, soils and sediments. It is known that the properties of Fe(III) minerals vary i) depending on whether the Fe(II) is oxidized abiotically or biotically (via Fe(II)-oxidizing bacteria) and ii) depending on the presence and absence of natural organic matter (e.g. humic compounds). It is unknown, however, whether Fe(II)-oxidizing bacteria can oxidize Fe(II)-complexes that contain natural organic matter molecules as ligands. Furthermore, the identity and reactivity of the Fe(III) compounds formed during such a microbial oxidation of Fe(II)-complexes are unknown.The objectives of the present proposal therefore are first to synthesize defined Fe(II)-organic-matter complexes with small organic ligands and purified fulvic and humic acids. In a second step we will determine whether microaerophilic, nitrate-reducing and phototrophic Fe(II)-oxidizing bacteria can oxidize such Fe(II) complexes. Thirdly, we will determine the identity, properties and reactivity of the Fe(III) compounds formed. Finally, we will isolate Fe(II) complexes from a soil and also determine whether they can be oxidized by Fe(II)-oxidizing bacteria and what kind of Fe(III) compounds are formed during this process. The results from the present proposal will ultimately increase our knowledge regarding the environmental fate of contaminants. It will in particular improve our understanding of the role of Fe(II)-oxidizing bacteria and Fe(II)-natural-organic matter complexes for the formation of reactive Fe(III) compounds that interact with contaminants in the environment.
铁的形态,特别是Fe(II)氧化过程中形成的Fe(III)矿物和溶解的Fe(III)-络合物的特性和性质强烈影响吸附,从而影响有毒元素如砷、镉、铜和汞(Hg)的流动性和生物利用度,从而影响水、土壤和沉积物的质量。已知Fe(III)矿物的性质变化i)取决于Fe(II)是非生物氧化还是生物氧化(通过Fe(II)氧化细菌)和ii)取决于天然有机物质(例如腐殖化合物)的存在和不存在。然而,目前还不清楚Fe(II)氧化细菌是否可以氧化含有天然有机物分子作为配体的Fe(II)络合物。此外,Fe(II)-络合物的这种微生物氧化过程中形成的Fe(III)化合物的身份和反应性是未知的。因此,本发明的目的是首先合成具有小的有机配体和纯化的富里酸和腐殖酸的限定的Fe(II)-有机物络合物。在第二步中,我们将确定微需氧,硝酸盐还原和光养Fe(II)氧化细菌是否可以氧化这种Fe(II)络合物。第三,我们将确定所形成的Fe(III)化合物的身份、性质和反应性。最后,我们将从土壤中分离出Fe(II)络合物,并确定它们是否可以被Fe(II)氧化细菌氧化,以及在此过程中形成了什么样的Fe(III)化合物。本提案的结果将最终增加我们对污染物环境归宿的了解。它将特别提高我们对Fe(II)-氧化细菌和Fe(II)-天然有机物复合物形成与环境中污染物相互作用的反应性Fe(III)化合物的作用的理解。

项目成果

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Cryptic Cycling of Complexes Containing Fe(III) and Organic Matter by Phototrophic Fe(II)-Oxidizing Bacteria
光养型 Fe(II) 氧化细菌对含 Fe(III) 和有机物的复合物进行隐性循环
Oxidation of Fe(II)-Organic Matter Complexes in the Presence of the Mixotrophic Nitrate-Reducing Fe(II)-Oxidizing Bacterium Acidovorax sp. BoFeN1.
  • DOI:
    10.1021/acs.est.8b00953
  • 发表时间:
    2018-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Chao Peng;Anneli Sundman;C. Bryce;Charlotte Catrouillet;T. Borch;A. Kappler
  • 通讯作者:
    Chao Peng;Anneli Sundman;C. Bryce;Charlotte Catrouillet;T. Borch;A. Kappler
Organic Matter Complexation Promotes Fe(II) Oxidation by the Photoautotrophic Fe(II)-Oxidizer Rhodopseudomonas palustris TIE-1
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Chao Peng;C. Bryce;Anneli Sundman;T. Borch;A. Kappler
  • 通讯作者:
    Chao Peng;C. Bryce;Anneli Sundman;T. Borch;A. Kappler
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