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第一作者：何崭飞
通讯作者：潘响亮
通讯单位：浙江工业大学
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122705
图文摘要
成果简介
引言
在许多环境中，生物合成的锰氧化物（MnOx）在砷（As）的转化与解毒过程中扮演着关键角色。这些无定形的MnOx因其大比表面积、高氧化还原电位和丰富的缺陷，对As(III)展现出极高的反应活性。剧毒的As(III)能够在MnOx表面被氧化成更易被吸附、毒性较低的As(V)，从而实现砷的解毒。锰氧化菌（Manganese-oxidizing bacteria, MnOB）能够将溶解态的Mn(II)离子转化为不溶性的MnOx。MnOB在分类学上展现出多样性，并且拥有多种锰氧化途径。锰氧化的酶促过程涉及两个单电子转移反应：首先，Mn(II)被氧化为Mn(III)，随后Mn(III)进一步氧化或歧化形成Mn(IV)。在废水环境中，MnOB常常面临与土著优势微生物的竞争，这往往导致其数量和活性偏低。前期研究发现，在AGS颗粒中培养MnOB，可以一定程度上增强其生存能力。因此，刺激AGS中MnOB的锰氧化活性对于加速MnOx的生物合成，以及有效氧化和去除废水中的As(III)至关重要。
这项研究的主要目的包括：（1）验证柠檬酸亚铁对AGS中Mn(II)和As(III)氧化的刺激作用，并提出一种强化处理废水As(III) 的策略；（2）阐述柠檬酸亚铁刺激下细菌锰氧化过程中胞外·O2−的作用；以及（3）揭示柠檬酸亚铁刺激细菌锰氧化及随后砷氧化的潜在机制。
图文导读
图1：四个反应器的运行性能。进水和出水的pH值（a）、COD（b）、Mn(II)（c）、As(III)（d）和As(V)（e）浓度，以及污泥的MnOx（f）、As(III)（g）和As(V)（h）含量。反应器67天的运行期可分为三个阶段；在第二和第三阶段，实验组中添加了20 mg Fe/L的柠檬酸亚铁；在第三阶段，两组中均添加了2 mg/L的As(III)。
图2：MnOB菌株的代谢和基因组分析。3个MnOB菌株的菌落形态（a）、锰氧化活性（b）、底物利用能力（c）和16S rRNA基因系统发育树（d）。基于P. putida MnW5的基因组，绘制了基因组Circos图（e）、ANI分析图（f）和共线性图（g）。图（c）中的标签“10/31”表示测试了31种底物，其中10种可被利用；其他标签依此类推。
图3：柠檬酸亚铁刺激P. putida MnW5氧化Mn(II)的新机制。柠檬酸亚铁中的柠檬酸根被细菌降解后，形成胶体Fe(II)和胶体Fe(III)。胶体铁刺激胞外蛋白产生·O2−，进而氧化Mn(II)为Mn(III)，最终形成MnOx。As(III)可以被MnOx高效氧化，并最终被FeOx吸附，从而实现废水中As(III)的高效处理。
小结
主要作者介绍
何崭飞：博士，副教授，博士生导师，浙江工业大学环境学院。主要从事微生物成矿、土壤重金属修复、矿山废水重金属治理等系列研究工作，其中研发的“生物成矿颗粒污泥”技术在废水重金属去除、钝化和回收方面取得显著成效。主持国家自然科学基金面上项目、国家重点研发项目子课题、国家自然科学基金青年项目等国家级项目4项，参与国家重点研发、国家自然科学基金重点项目等国家级项目9项。在Water Research、Soil Biology and Biochemistry、Applied and Environmental Microbiology等学术期刊发表论文40余篇，其中第一或通讯作者30余篇，授权国家专利25项，其中发明专利10余项。联系邮箱：zhanfeihe@zjut.edu.cn
潘响亮：博士，教授，博士生导师，浙江工业大学环境学院。主要从事环境修复技术、新污染物、减污降碳等方面的研究工作，所研发的多项重金属污染环境微生物修复技术进行了示范应用；主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、863计划、973计划等项目和课题多项，在Science Bulletin，Water Research等期刊发表SCI论文近200篇，被引9000多次，H指数53；授权发明专利20多项。应邀担任中国土壤学会环境微塑料工作组委员会副主任。曾入选中国科学院百人计划，科技部科技创新推进计划（中青年科技创新领军人才）和国家“万人计划”科技创新领军人才。曾获中国科学院王宽诚西部学者突出贡献奖，中国科学院朱李月华优秀教师奖，中国科学院优秀导师奖。联系邮箱：panxl@zjut.edu.cn
来源：浙江工业大学潘响亮团队
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编辑 | 杜瑛、汤皓婷
校对 | 刘喆、刘文如、韩昫身
校核 | 刘喆、刘文如、韩昫身
