地下水砷污染是当今国际社会面临的最严重的环境问题之一。目前,全球有超过1.4亿人的生活受到高砷地下水的威胁,高砷地下水遍及孟加拉国、印度、越南、智利、阿根廷、日本、美国和中国等国家。在我国,高砷地下水主要分布在新疆、山西、内蒙古、台湾和贵州等地方。内蒙古河套平原是中国地方性砷中毒较为严重的病区之一,有30多万人受到砷中毒的威胁。砷是一种具有强致癌性的物质,在自然界中主要存在于矿物中。在自然过程或人为活动的影响下,砷能够被释放到周围环境中,从而形成高砷地下水。居民长期饮用高砷水可导致慢性砷中毒。近年来,许多研究表明微生物在砷的释放、迁移和转化过程中起到了重要作用,特别是铁还原菌和砷还原菌受到重点关注。目前,对于河套平原高砷地下水的研究多数是从地球化学角度分析高砷的成因和砷的迁移转化,而对微生物作用的研究还非常的基础和有限。因此,选取河套平原杭锦后旗为研究区,从高砷地下水中分离厌氧铁还原菌和砷还原菌,研究这些还原菌对铁/砷的迁移转化作用,不仅可增加我们对微生物在砷的迁移转化过程中作用的了解,而且可为后期高砷地下水修复奠定基础。本文从内蒙古河套平原高砷地下水中分离出厌氧的铁还原菌和砷还原菌,对其进行了生理生化和分子生物学的鉴定。并利用厌氧培养的方法研究其铁还原、砷还原能力以及其与矿物相互作用对砷迁移转化的影响,揭示这些功能微生物在砷迁移转化过程中的作用。研究的主要成果如下:1 厌氧铁还原菌和砷还原菌的分离纯化与鉴定经过筛选分离出了一株铁还原菌IMFRCUG-2和一株砷还原菌IMARCUG-10。16S rRNA系统发育树结果表明,IMFRCUG-2属于Shewanella sp.。该菌为杆状菌,兼性厌氧,最适生长温度为37℃,最适pH为8。利用不同碳源还原柠檬酸铁的结果表明,IMFRCUG-2利用乳酸钠为碳源时铁还原能力最强,厌氧培养96h后铁还原率达到90.3%,以乙酸钠、葡萄糖为碳源时铁还原较慢,96h后的铁还原率分别为58.6%、55.8%,而以丁二酸钠为碳源时,铁还原最慢,96h后的铁还原率仅为44.3%,说明乳酸钠是IMFRCUG-2菌株易于利用的碳源,而乙酸钠、葡萄糖、丁二酸钠不易于被该菌株利用。另外,IMFRCUG-2具有一定砷耐受能力,但不能还原砷,砷浓度过高会对细菌有毒害作用,并抑制其铁还原功能。16S rRNA系统发育树结果表明,IMARCUG-10属于Citrobacter sp.。该菌为杆状菌,兼性厌氧,最适生长温度为35℃,最适pH为8。IMARCUG-10能在360 h内将初始浓度为1 mmol/L的As(V)还原91.76%。其最低抑菌浓度为30 mM,且该菌不具有铁还原能力。2 厌氧铁还原菌和砷还原菌与含砷水铁矿相互作用对砷迁移转化的影响铁还原菌IMFRCUG-2还原不同As/Fe摩尔比的含砷水铁矿的实验结果表明,As/Fe摩尔比分别为0、1%、2.7%和4.2%的四个实验组中Fe(II)浓度在264 h后分别达到0.826 mmol/L、1.397 mmol/L、1.587 mmol/L和1.889 mmol/L,说明水铁矿上吸附的砷促进了IMFRCUG-2还原水铁矿中的铁。同时,各实验组中液相As(V)浓度在经过12 h培养,分别升高至3.586 μmol/L、21.288 μmol/L和23.313 μmol/L后逐渐降低,264 h后,As/Fe摩尔比分别为1%、2.7%和4.2%的各实验组中液相As(V)浓度分别为0.887 μmol/L、1.691 μmol/L和0.98 μmol/L,说明IMFRCUG-2还原水铁矿的过程中,As(V)经过快速地释放后又重新被固定。砷还原菌IMARCUG-10与不同As/Fe摩尔比的含砷水铁矿反应的结果表明,IMARCUG-10能将部分As(V)还原为As(III),240 h后,As/Fe摩尔比分别为1%、2.7%和4.2%的各实验组中的As(III)浓度分别为1.962 μmol/L、4.678 μmol/L和10.404 μmol/L,说明As/Fe摩尔比越高,相应的砷还原量也越多。液相总砷浓度的变化表明,当As/Fe摩尔比为1%和2.7%时,砷还原并未引起砷从固相向液相转移,而当As/Fe摩尔比为4.2%时,As(V)还原能够促进砷的释放。两株菌混合培养还原含砷水铁矿的结果表明,IMFRCUG-2与IMARCUG-10混合培养时的铁还原效率要高于IMFRCUG-2单菌株,288 h后两实验组中固液两相总的Fe(II)浓度分别为1.575 mmol/L和1.287 mmol/L。而两实验组中液相Fe(II)浓度在培养过程中基本上都很低,说明IMFRCUG-2还原水铁矿生成的Fe(II)并未释放到溶液中,而是仍然保存在固相上。液相总砷浓度的变化表明,IMARCUG-10单独与水铁矿作用时,As(V)的还原能够促进砷从水铁矿上的释放,288 h后实验组相对于对照组砷释放了5.851 μmol/L;IMFRCUG-2单独作用时,水铁矿的还原引起砷的固定;而当两株菌混合培养时,砷还原作用与铁还原作用同时进行,最终液相中的As(III)和As(V)均被固定,说明铁还原菌的作用占优势。反应前后的XRD、SEM和EDS等矿物学分析结果表明,铁还原菌IMFRCUG-2还原水铁矿的过程中生成了片状的次生矿物蓝铁矿(化学成分为Fe3(PO4)2?(H2O)8),能够固定砷,而砷还原菌与含砷水铁矿作用并没有引起矿物形态的转变,砷的释放是由于生成移动性更强的As(III)。