摘要：本文為探究腐敗希瓦氏菌4H還原Cr（VI）的機(jī)制，采用掃描電鏡（SEM）、傅里葉紅外光譜（FTIR）、X射線光電子能譜（XPS）、電化學(xué)測(cè)試等方法進(jìn)行表征。結(jié)果表明腐敗希瓦氏菌4H還原Cr（VI）的機(jī)制主要與微生物的代謝和電子傳遞能力有關(guān)。通過(guò)XPS分析發(fā)現(xiàn)細(xì)菌在對(duì)Cr（VI）的還原過(guò)程中，菌體表面有Cr（VI）和Cr（III）兩種形態(tài)存在，進(jìn)一步證明該菌通過(guò)還原方法去除六價(jià)鉻；掃描電鏡結(jié)果顯示，在六價(jià)鉻脅迫下細(xì)菌表面無(wú)明顯破損，菌體形態(tài)由短桿型變成了長(zhǎng)桿型，說(shuō)明該菌對(duì)Cr（VI）具有很強(qiáng)的耐受性；傅里葉紅外光譜結(jié)果顯示隨著初始Cr（VI）濃度的增加，羥基、羧基、酰胺和磷酸基團(tuán)所代表的特征峰強(qiáng)度也有明顯的增強(qiáng)；細(xì)菌電子傳遞性能測(cè)試以及電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示該菌具有很強(qiáng)的電子傳遞能力。本文通過(guò)對(duì)腐敗希瓦氏菌4H還原Cr（VI）的機(jī)制的探究為微生物還原環(huán)境中Cr（VI）提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：腐敗希瓦氏菌；鉻還原機(jī)制；電子傳遞；生物代謝

中圖分類號(hào)：Q939.98文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2095－414X（2024）05－0054－06

0引言

鉻是一種常見(jiàn)的重金屬，其天然存在于巖石、動(dòng)物、植物、土壤以及火山灰中[1]，一般以兩種穩(wěn)定的氧化態(tài)存于水體中：六價(jià)鉻[Cr（VI）]和三價(jià)鉻[Cr（Ⅲ）][2]。其中Cr（VI）對(duì)人體有劇毒，且會(huì)引發(fā)細(xì)胞癌變、畸形以及DNA損傷并造成遺傳性的疾病，在水體中Cr（VI）往往以Cr2O72?、CrO42?、HCrO4?的形式存在，在溶液中的相對(duì)分布取決于溶液的pH值、Cr（VI）的濃度和氧化還原電位等[3]，難以形成不溶性沉淀，而Cr（Ⅲ）毒性較小，容易以Cr（OH）3的形式從溶液中析出。因此探尋將游離的、毒性較大的Cr（VI）還原為穩(wěn)定的、毒性較小的Cr（Ⅲ）的技術(shù)方法已成為當(dāng)務(wù)之急。

希瓦氏菌屬作為一類重要的異化鐵還原菌，其擁有獨(dú)特的呼吸系統(tǒng)，不僅能顯著促進(jìn)自然條件下有毒有機(jī)化合物[4]以及染料的降解[5]，還能夠利用多種有毒重金屬和放射性元素作為電子受體，從而實(shí)現(xiàn)這些重金屬的還原解毒或固定[6]。因此，在重金屬污染水體及土壤修復(fù)方面，希瓦氏菌有著極大的應(yīng)用潛力和優(yōu)勢(shì)。但目前對(duì)希瓦氏菌去除Cr（VI）的探究大多基于奧奈達(dá)希瓦氏菌MR-1[7]，對(duì)于腐敗希瓦氏菌去除Cr（VI）的機(jī)理研究較少，為深入挖掘希瓦氏菌屬中具有去除六價(jià)鉻能力的優(yōu)勢(shì)菌株，本研究以經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間六價(jià)鉻馴化的Cr（VI）還原菌腐敗希瓦氏菌4H菌株為研究對(duì)象，初步揭示了腐敗希瓦氏菌4H對(duì)Cr（VI）的還原機(jī)制，為希瓦氏菌屬在鉻污染環(huán)境修復(fù)方面的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

腐敗希瓦氏菌4H由課題組分離所得，是一株染料高效脫色菌[8]，菌株于-80℃超低溫冰箱冷凍保藏。

LB培養(yǎng)基（每升含10 g蛋白胨，5 g酵母粉，10 g NaCl，固體培養(yǎng)基另添加2%瓊脂）。

蔗糖、三羥甲基氨基甲烷（Tris）、Nafion試劑、重鉻酸鉀、甲醛、甲醇購(gòu)自上海國(guó)藥試劑集團(tuán)，溶菌酶購(gòu)自BIOSHARP公司。

1.2外膜和周質(zhì)細(xì)胞色素c的測(cè)定

挑平板上的單菌落至LB培養(yǎng)基中，待養(yǎng)至對(duì)數(shù)中期，分別取2%接種量的菌液于終濃度為0、100、300 mg/L Cr（VI）的LB培養(yǎng)基中，120 rpm，30℃培養(yǎng)24 h。利用低溫離心機(jī)8000 rpm，4℃下離心5 min收集細(xì)胞。將收集的細(xì)胞重懸于50 mM PBS緩沖液（pH 7.4）后再次離心，重復(fù)三次以洗滌細(xì)胞。將洗滌后的細(xì)胞重懸于2 mL SL溶液（l mg/mL溶菌酶，20%（w/v）蔗糖，0.01 M Tris，pH 8.40）中并在恒溫培養(yǎng)搖床中于30℃和120 rpm的條件培養(yǎng)1 h，再以8000 rpm低溫離心10 min收集細(xì)胞，再將細(xì)胞重懸于Tris-Mg2+溶液中，并于30℃培養(yǎng)0.5 h后8000 rpm離心5 min收集上清液，上清液中包含外膜和周質(zhì)細(xì)胞色素c。使用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在520 nm處的吸光度測(cè)量細(xì)胞色素c的濃度[9]。

1.3電子傳遞系統(tǒng)活性（ETSA）的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)通過(guò)將2-（對(duì)-碘苯基）-3-（對(duì)-硝基苯基）-5-苯基氯化四氮唑（INT）還原為三苯基甲攢的方法對(duì)不同初始Cr（VI）脅迫下細(xì)菌的電子傳遞活性進(jìn)行測(cè)定。挑選平板上的單菌落至LB培養(yǎng)基中，待養(yǎng)至對(duì)數(shù)中期，分別取2%接種量的菌液于終濃度為0、100、300 mg/L Cr（VI）的LB培養(yǎng)基中，120 rpm，30℃培養(yǎng)24 h。利用低溫冷凍離心機(jī)（8000 rpm，4℃，5 min）收集細(xì)胞。將收集的細(xì)胞重懸于50 mM PBS緩沖液（pH 7.4）中，之后再次離心，反復(fù)沖洗三次。取5 mL細(xì)胞懸液與1 mL 0.2%INT混合于恒溫?fù)u床中120 rpm，30℃培養(yǎng)0.5 h后，添加l mL 37%甲醛終止酶反應(yīng)。然后將混合物以8000 rpm離心5 min，棄去上清液，再加入5 mL甲醇重懸收集的細(xì)胞，將其在恒溫?fù)u床中120 rpm，30℃培養(yǎng)10 min。離心（8000 rpm，5 min）后獲得的上清液通過(guò)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在485 nm處讀取吸光度[10]。

其中Ab為485 nm處的吸光度，V為重懸沉淀物甲醇體積，t為反應(yīng)時(shí)間，S為樣品體積。

1.4掃描電鏡分析

將處于對(duì)數(shù)期的菌懸液分別接種至含Cr（VI）終濃度分別為0、300 mg/L的LB培養(yǎng)基中，于30℃，120 rpm條件下振蕩培養(yǎng)24 h后離心（6000 rpm，4℃，10 min）收集菌體。菌體洗滌后加入2.5%戊二醛溶液固定12 h。將固定后的菌體進(jìn)一步處理后在臨界點(diǎn)進(jìn)行干燥，噴金，進(jìn)行掃描電鏡的觀察[11]。

1.5傅立葉紅外表面官能團(tuán)測(cè)定

采用傅立葉紅外光譜儀（FT-IR）對(duì)菌體表面官能團(tuán)進(jìn)行表征。將處于對(duì)數(shù)期的菌懸液分別接種至含Cr（VI）終濃度分別為0、100、300 mg/L的LB培養(yǎng)基中，于30℃，120 rpm條件下振蕩培養(yǎng)24 h后，4℃，6000 rpm條件下離心10 min收集菌體沉淀，并用50 mM的PBS緩沖溶液反復(fù)重懸清洗三次后，離心取菌體沉淀，然后進(jìn)行冷凍干燥。冷凍干燥后的菌體和溴化鉀混合（體積比1：100），用瑪瑙研缽研磨至粉末狀，然后用壓片模具壓片后進(jìn)行FT-IR分析[12]。

1.6還原產(chǎn)物的XPS分析

將處于對(duì)數(shù)期的菌懸液接種至初始Cr（VI）濃度為300 mg/L的LB培養(yǎng)基中，于30℃，120 rpm條件下振蕩培養(yǎng)24 h，離心（5000 rpm，4℃，10 min）收集沉淀，離心沉淀用無(wú)菌水沖洗后再次離心重復(fù)3遍，所得沉淀經(jīng)冷凍干燥后用于XPS分析。

1.7希瓦氏菌還原Cr（Ⅵ）的電化學(xué)表征

采用辰華電化學(xué)工作站中循環(huán)伏安法（CV）、電化學(xué)阻抗譜（EIS）和Tafel曲線探究Cr（VI）對(duì)細(xì)菌表面電化學(xué)性能的影響。檢測(cè)采用傳統(tǒng)三電極系統(tǒng)，其中工作電極為玻璃碳電極、參比電極為Ag/AgCl電極和對(duì)電極為鉑絲電極，電解液采用50 mM PBS（pH 7.0）緩沖液。玻璃碳電極使用前采用Al2O3拋光打磨并用純水超聲清洗。吸取10 μl不同鉻濃度培養(yǎng)下的菌體至工作電極表面（已加入適量1%Nafion溶液固定），待自然晾干固定后進(jìn)行測(cè)試。CV的掃描速率為0.01 V/s，掃描電壓范圍為-0.80—0.80 V[13]。EIS測(cè)試的頻率范圍為1至106 Hz，測(cè)試結(jié)果采用Zview2.0軟件模擬等效電路，Tafel曲線的掃描速率為10 mV/s[9]。

2結(jié)果

2.1希瓦氏菌還原Cr（Ⅵ）電子傳遞性能的影響

電子傳遞是細(xì)胞代謝的基礎(chǔ)，細(xì)胞色素c在電子傳遞系統(tǒng)中起著重要作用[14]。由圖1可知100 mg/L鉻脅迫環(huán)境下生長(zhǎng)的細(xì)菌細(xì)胞色素c的含量是對(duì)照組含量的170.03%，300 mg/L鉻脅迫環(huán)境下生長(zhǎng)的細(xì)菌細(xì)胞色素c的含量是對(duì)照組含量的242.25%。結(jié)果表明隨著鉻濃度的增加，細(xì)胞色素c的含量有著顯著的增長(zhǎng)，這可能是由于細(xì)胞色素c可以加速Cr（VI）的還原，細(xì)菌為了抵抗鉻酸鹽的脅迫，通過(guò)代謝將Cr（VI）的還原為Cr（Ⅲ）以此來(lái)減少鉻對(duì)細(xì)胞的損害。

此外，以往研究表明，電子傳遞系統(tǒng)活性（ETSA）對(duì)微生物的電子傳遞過(guò)程起著重要作用，通常用于評(píng)估細(xì)胞電子傳遞中關(guān)鍵酶的活性。由圖1可知細(xì)菌于正常環(huán)境生長(zhǎng)24 h時(shí)ETSA為0.067 μgO2 g-1 min-1，而100 mg/L初始Cr（VI）濃度下的ETSA為0.047 μgO2 g-1 min-1，300 mg/L初始Cr（VI）濃度下的ETSA為0.011 μgO2 g-1 min-1，表明隨著初始鉻濃度的增加，反應(yīng)體系的ETSA降低。這可能是由于Cr（VI）對(duì)菌株的毒害作用，當(dāng)菌株被Cr（VI）毒害時(shí)，酶的活性會(huì)受到影響，從而直接影響電子傳遞的效率[10]。

2.2掃描電鏡分析

為了深入探究Cr（VI）對(duì)細(xì)胞膜是否存在破壞，以及觀察鉻脅迫條件下微生物生長(zhǎng)形態(tài)變化，通過(guò)掃描電鏡觀察不同初始Cr（VI）濃度脅迫下腐敗希瓦氏菌4H生長(zhǎng)狀態(tài)。從圖2（a）和（b）可以觀察到，正常生長(zhǎng)的細(xì)菌呈現(xiàn)短桿狀，菌體表面光滑平整，生長(zhǎng)狀態(tài)良好，個(gè)體形態(tài)明顯。圖2（c）和（d）展示的是在300 mg/L Cr（VI）脅迫濃度下生長(zhǎng)24小時(shí)后的微生物菌體形態(tài)，從圖中可以看出菌體形態(tài)變得很長(zhǎng)，但表面無(wú)明顯破損，細(xì)菌整體呈現(xiàn)團(tuán)聚狀，這可能是由于長(zhǎng)期Cr（VI）脅迫干擾了外膜合成，導(dǎo)致異常細(xì)胞形態(tài)的產(chǎn)生[13]，細(xì)菌通過(guò)形態(tài)的改變實(shí)現(xiàn)對(duì)Cr（VI）脅迫環(huán)境下生存的調(diào)控。掃描電鏡結(jié)果證明了Cr（VI）對(duì)細(xì)胞膜沒(méi)有產(chǎn)生明顯的損壞，腐敗希瓦氏菌4H具有良好的Cr（VI）耐受能力，能夠在高濃度Cr（VI）長(zhǎng)時(shí)間脅迫條件下生長(zhǎng)。

2.3傅里葉紅外光譜分析

通過(guò)對(duì)比腐敗希瓦氏菌4H在不同初始Cr（VI）濃度生長(zhǎng)24 h后的紅外光譜圖，分析菌體表面官能團(tuán)對(duì)Cr（VI）的作用及影響。如圖3所示3301 cm-1處的所出現(xiàn)的吸收峰是-OH和-NH伸縮振動(dòng)共同引起的；2927 cm-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)細(xì)胞膜上拉伸的脂肪鏈（-CH2和-CH3）；1653 cm-1處的吸收峰是由酰胺I帶的C=O伸縮振動(dòng)引起，其所對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)與蛋白質(zhì)有關(guān)，1540cm-1處所出現(xiàn)的峰是由酰胺II帶C-N的伸縮振動(dòng)和N-H的彎曲振動(dòng)引起的[15]，其對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)也與蛋白質(zhì)有關(guān)，1395 cm-1處出現(xiàn)的峰由C-N伸縮振動(dòng)產(chǎn)生，其基團(tuán)主要也來(lái)源于蛋白質(zhì)；1081cm-1處的吸收峰與微生物細(xì)胞表面的多糖、脂多糖和肽聚糖等復(fù)雜官能團(tuán)的物質(zhì)有關(guān)。

上述吸收峰在0、100、300 mg/L初始Cr（VI）濃度的譜圖中出峰情況大致相同，說(shuō)明這些樣品在官能團(tuán)的種類上差異不是很大，但是在部分特征峰處出現(xiàn)峰強(qiáng)度變大等變化。例如位于3301 cm-1、1653 cm-1、1395 cm-1和1081 cm-1處的吸收峰隨著初始鉻濃度的增加其峰面積發(fā)生了明顯的增大[16]，表明這些峰所代表的羥基（-OH），酰胺（-CO-NH-）、羧基（-COOH）和磷酸（P=O或P-O）官能團(tuán)的含量隨著鉻濃度升高而變大[10]，說(shuō)明菌株還原Cr（VI）反應(yīng)的結(jié)合位點(diǎn)主要為羥基、羧基、酰胺和磷酸基團(tuán)等，而這些大多與細(xì)菌的生物大分子的構(gòu)成、代謝途徑、細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能以及細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)等方面密切相關(guān)，進(jìn)一步驗(yàn)證了該菌具有很強(qiáng)的電子傳遞性能以及重金屬代謝能力，對(duì)于細(xì)菌的生存、環(huán)境適應(yīng)都具有重要意義。

2.4鉻分子形態(tài)XPS分析

為分析微生物體系Cr（VI）還原的產(chǎn)物，以及菌體表面及內(nèi)部鉻的形態(tài)特征，本研究采用高性能X射線光電子能譜儀對(duì)腐敗希瓦氏菌4H還原Cr（VI）的分子形態(tài)進(jìn)行表征，結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖中可以明顯看出C、N、O、Cr、Na五種元素，其中C、N、O是菌體蛋白質(zhì)、氨基酸等重要組成元素[17]。

圖5顯示了還原產(chǎn)物的Cr2p光譜圖，結(jié)合能576.2 eV（Cr2p3/2）和585.1 eV（Cr2p1/2）的峰值歸因于Cr（III）的（氫）氧化物[18]，而結(jié)合能578.1 eV（Cr2p3/2）和587.2 eV（Cr2p1/2）的峰值歸因于Cr（VI）的氧化物[19]，這說(shuō)明細(xì)菌還原Cr（VI）的過(guò)程中可能發(fā)生了少量的吸附與氧化還原反應(yīng)[20]，但由于300 mg/L Cr（VI）濃度過(guò)高，菌體不能完全將自身表面的Cr（VI）完全還原為Cr（III），所以此時(shí)細(xì)胞內(nèi)的Cr（VI）含量高于Cr（III）。

2.5電化學(xué)特性分析

電化學(xué)特性是研究細(xì)胞電子傳遞特性的重要指標(biāo)，為了探究腐敗希瓦氏菌4H還原Cr（VI）過(guò)程中的電化學(xué)特性，對(duì)不同初始Cr（VI）濃度條件下生長(zhǎng)24 h后的菌體進(jìn)行CV、EIS和Tafel曲線測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖6。

CV常被用來(lái)表征物質(zhì)的電子轉(zhuǎn)移能力和評(píng)估氧化還原電位[21]。由圖6 CV結(jié)果可知，相較于正常環(huán)境下生長(zhǎng)的菌株，100 mg/L初始Cr（VI）條件下生長(zhǎng)的菌株在-0.33 V附近的還原峰可能為細(xì)菌OmcA/MtrC復(fù)合物與黃素類物質(zhì)協(xié)同作用產(chǎn)生的氧化還原峰[22-23]，-0.5 V附近的還原峰可能代表核黃素的氧化還原峰[24]。

如圖6所示，根據(jù)外推法計(jì)算出0、100、300 mg/L初始Cr（VI）濃度細(xì)菌的電流交換密度值分別為6.973×10-8 A/cm-2、1.354×10-7 A/cm-2、1.456×10-7 A/cm-2，交換電流密度是評(píng)估氧化還原反應(yīng)速率的重要指標(biāo)，電流交換密度越大，電子傳遞速率越快，反應(yīng)越容易進(jìn)行[25]。

為了更好地揭示電子傳遞效率的變化，使用等效電路對(duì)EIS測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了擬合。其中，Rct值代表電荷傳遞阻抗，其值越低，電荷轉(zhuǎn)移電阻越小[26]。0 mg/L以及100 mg/L初始Cr（VI）條件下生長(zhǎng)的菌株Rct值分別為3700Ω和2240Ω，表明菌體表面Cr（VI）的存在降低了電子傳遞電阻，從而導(dǎo)致更高的電子傳遞效率。

綜上所述，CV、EIS和Tafel曲線分析結(jié)果表明，Cr（VI）的脅迫促使了細(xì)胞表面的電子傳遞，從而使Cr（VI）的價(jià)態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，且與細(xì)菌的黃素蛋白以及色素細(xì)胞c的氧化還原有著必然的聯(lián)系。

3結(jié)論

本文通過(guò)掃描電鏡（SEM）、傅里葉紅外、XPS、電化學(xué)表征等方法研究了腐敗希瓦氏菌4H去除Cr（VI）的作用機(jī)理，結(jié)果表明：通過(guò)檢測(cè)不同六價(jià)鉻濃度下細(xì)菌外膜細(xì)胞色素c含量、電子傳遞系統(tǒng)活性（ETSA）證明該菌具有很強(qiáng)的電子傳遞性能。通過(guò)檢測(cè)不同濃度下細(xì)菌膜通透性以及SEM分析得出Cr（VI）對(duì)該菌細(xì)胞膜的損害情況較小，細(xì)菌主要通過(guò)改變自身形態(tài)的方法抵抗Cr（VI）的毒害。通過(guò)傅里葉紅外探究發(fā)現(xiàn)隨著初始Cr（VI）濃度的增，羥基、羧基、酰胺和磷酸基團(tuán)所代表的特征峰強(qiáng)度也有明顯的增強(qiáng)，這些基團(tuán)主要生物大分子的構(gòu)成、代謝途徑、細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能以及細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)等方面，進(jìn)一步驗(yàn)證了該菌具有很強(qiáng)的電子傳遞性能以及重金屬代謝能力。通過(guò)XPS分析細(xì)菌還原Cr（VI）的產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)腐敗希瓦氏菌4H對(duì)Cr（VI）的還原過(guò)程中存在Cr（III）的（氫）氧化物，進(jìn)一步驗(yàn)證了該菌主要是通過(guò)還原的方法去除Cr（VI）。通過(guò)檢測(cè)CV、EIS、Tafel等化學(xué)表征發(fā)現(xiàn)菌體表面Cr（VI）的存在促使了細(xì)菌自身的電子傳遞，細(xì)菌為減少Cr（VI）的毒害，推測(cè)該菌可能將Cr（VI）作為電子傳遞受體進(jìn)行還原作用，其中黃素蛋白與色素細(xì)胞c的氧化還原起著重要作用。本研究初步揭示了腐敗希瓦氏菌4H還原Cr（VI）機(jī)理，為將微生物應(yīng)用于Cr（VI）污染的治理提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Joutey NT，Sayel H，Bahafid W，et al.Mechanisms of Hexavalent Chromium Resistance and Removal by Micro?organisms[J].Reviews of Environmental Contamination and Toxicology，2015，233：45-69.

[2]Barrera-Díaz C，Lugo-Lugo V，Bilyeu B.A review of chemical，electrochemical and biological methods for aque?ous Cr（VI）reduction[J].Journal of Hazardous Materials，2012，223：1-12.

[3]Bingbing Pang，Hongling Yu，Jin Zhang，et al.Identifica?tion of differentially expressed genes for Pseudomonas sp.Cr13 stimulated by hexavalent chromium[J].PLOS ONE，2022，17（8）：e0272528.

[4]Brown SD，Thompson MR，Verberkmoes NC，et al.Mo?lecular Dynamics of the Shewanella oneidensis Response to Chromate Stress[J].Molecular&Cellular Proteomics，2006，5（6）：1054-1071.

[5]江瑩，桂震，齊杭杭，等.一株腐敗希瓦氏菌的篩選鑒定及其染料脫色研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（23）：224-228.

[6]Bencheikh-Latmani R，Williams SM，Haucke L，et al.Global transcriptional profiling of Shewanella oneidensis MR-1 during Cr（VI）and U（VI）reduction.[J].Applied and Environmental Microbiology，2005，71（11）：7453-7460.

[7]Wang J，Wu M，Lu G，et al.Biotransformation and biometh?ylation of arsenic by Shewanella oneidensis MR-1[J].Che?mosphere，2016，145：329-335.

[8]江瑩.一株腐敗希瓦氏菌對(duì)活性艷紅X-3B和活性艷藍(lán)KN-R的脫色研究[D].武漢紡織大學(xué)，2016.

[9]何月.Fe（Ⅲ）調(diào)控及硫自養(yǎng)工藝對(duì)Te（Ⅳ）生物還原性能與機(jī)理研究[D].天津城建大學(xué)，2021.

[10]Zheng Y，Li H，Yang Y，et al.Goethite and riboflavin syn?ergistically enhance Cr（VI）reduction by Shewanella oneidensis MR-1[J].Biodegradation，2023，34（2）：155-167.

[11]杜艷影.Shewanella oneidensis MR-1對(duì)Cr（Ⅵ）的還原及其機(jī)理研究[D].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2019.

[12]Zhu Y，Yan J，Xia L，et al.Mechanisms of Cr（VI）reduction by Bacillus sp.CRB-1，anovel Cr（VI）-reducing bacterium isolated from tannery activated sludge[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2019，186：109792.

[13]冮海銀.蛋白質(zhì)組學(xué)揭示希瓦氏菌MR-1在長(zhǎng)期六價(jià)鉻馴化中的還原和耐受機(jī)制[D].湖南大學(xué)，2019.

[14]He Y，Guo J，Song Y，et al.Acceleration mechanism of bio?available Fe（Ⅲ）on Te（IV）bioreduction of Shewanella oneidensis MR-1：Promotion of electron generation，elec?tron transfer and energy level[J].Journal of Hazardous Ma?terials，2021，403：123728.

[15]戴幼芬.微生物胞外聚合物的提取表征及其與Cr（Ⅵ）相互作用研究[D].福建師范大學(xué)，2016.

[16]Hui An，Tian T，Ziting Wang，et al.Role of extracellular polymeric substances in the immobilization of hexavalent chromium by Shewanella putrefaciens CN32 unsaturated biofilms.[J].Science of The Total Environment，2021：151184.

[17]徐文強(qiáng).腐敗希瓦氏菌對(duì)水中Cr（Ⅵ）還原能力強(qiáng)化方法的研究[D].中南民族大學(xué)，2020.

[18]鄒龍，朱菲，唐潔，等.細(xì)菌介導(dǎo)水鐵礦合成鐵硫礦物去除水體鉻污染[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2023，43（2）：610-619.

[19]Biesinger MC，Payne BP，Grosvenor AP，et al.Resolving surface chemical states in XPS analysis of first row transi?tion metals，oxides and hydroxides：Cr，Mn，F(xiàn)e，Co and Ni[J].Applied Surface Science，2011，257（7）：2717-2730.

[20]杜文濤.克雷伯氏菌Klebsiella Z3對(duì)Cr（Ⅵ）的還原性能及機(jī)理研究[D].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[21]Guo H，Chen Z，Chen Z，et al.Enhanced denitrification performance and biocatalysis mechanisms of polyoxometa?lates as environmentally-friendly inorganic redox media?tors[J].Bioresource Technology，2019，291：121816-121816.

[22]韓俊成.希瓦氏菌胞外電子傳遞機(jī)制的解析和應(yīng)用[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2017.

[23]Marsili E，Baron DB，Shikhare ID，et al.Shewanella se?cretes flavins that mediate extracellular electron transfer[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2008，105（10）：3968-3973.

[24]陳緣緣.人工構(gòu)建胞外電活性基質(zhì)強(qiáng)化微生物胞外電子傳遞及其重金屬還原性能研究[D].江蘇大學(xué)，2022.

[25]Tu J，Guo J，Lu C，et al.Effect and mechanism of cyclodex?trins on nitrate reduction and bio-activity by S.oneidensis.MR-1.[J].Bioresource Technology，2020，317：124002.

[26]Sandil D，Kumar S，Arora K，et al.Biofunctionalized nano?structured tungsten trioxide based sensor for cardiac bio?marker detection[J].Materials Letters，2017，186：202-205.

Corruption Shewanella putrefaciens 4H ChromiumlgjvLekMfMP42xqpmiPjpA== Reduction Mechanism of Exploration

CHEN Xu1，GAO Jun1，BU Fantong1，CAI Yajun1，2

（a.School of Environmental Engineering，b.Engineering Research Center for Clean Production of Textile Dyeing and Printing）

Abstract：In order to investigate the mechanism of Cr（VI）reduction by S.putrefaciens 4H，scanning electron microscopy（SEM），F(xiàn)ourier-transform infrared spectroscopy（FTIR），X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）and electrochemical testing were used to characterize it.The results indicate that the mechanism of Cr（VI）reduction by S.putrefaciens 4H was mainly related to the metabolism and electron trans-port capacity of microorganisms.XPS analysis revealed that there were two forms of Cr（VI）and Cr（III）on the surface of bacteria during the reduction of Cr（VI），which further proved that the bacteria removed hexavalent chromium by reduction method.SEM results showed that there was no obvious damage on the surface of the bacteria under chromium hexavalent stress，and the morphology of the bacteria changed from short rod type to long rod type，indicating that the bacteria had strong tolerance to Cr（VI）.FTIR results show that with the increase of initial Cr（VI）concentration，the characteristic peaks represented by hydroxyl，carboxyl，amide and phosphate groups also increase signifi-cantly.The results of electron transfer performance test and electrochemical test show that the bacterium has strong electron transfer ability.This study provides atheoretical basis for the microbial treatment of Cr（VI）in reduction environments by investigating the mechanism of Cr（VI）reduction by S.putrefaciens 4H.

Keywords：shewanella putrefaciens;chromium reduction mechanism;electron transport;biological metabolism

（責(zé)任編輯：李強(qiáng)）