黃海透光層懸浮半導體礦物組成及其促進微生物胞外電子傳遞過程初探

作者：劉佳,孫元,任桂平,魯安懷,李艷,丁竑瑞

摘要：在地球上最為活躍的海洋透光層體系中,礦物-微生物交互作用的形式十分豐富。系統采集了黃海近海透光層水體樣品,測試分析發現其中分布大量懸浮半導體礦物及微生物群落。通過電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)、環境掃描電子顯微鏡(ESEM)及配有的EDX能譜儀,從宏觀到微區對懸浮顆粒礦物的化學元素組成進行了測試分析,發現其主要礦物組成元素為Si、O、Na、K、Ca、Al等,且含有較高含量的Mn、Fe、Ti等金屬元素;通過X射線衍射光譜(XRD)、拉曼光譜(Raman)測試從整體到局部分析懸浮顆粒礦物的物相組成,發現其主要組成礦物為石英、鈉長石、方解石、云母和綠泥石等,還有銳鈦礦、金紅石、板鈦礦、針鐵礦等鐵、鈦金屬氧化物半導體礦物。通過16S rRNA高通量測序分析海水中主要微生物群落為Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Planctomycetes、Woeseia、Fluviicola等,并通過構建雙室反應體系對海水微生物與懸浮礦物間氧化還原作用及胞外電子傳遞過程進行了表征,結果顯示增加海水懸浮礦物作為電子受體后,體系開路電壓由330. 80 mV提升至426. 59 mV,提升比率達130%,最大輸出功率由8. 376 9 mW/m^2提升至12. 096 8 mW/m^2,為原體系的1. 44倍。實驗研究表明,海水透光層懸浮礦物能有效參與并促進微生物胞外電子傳遞過程,為后續深入研究基于電子能量傳遞利用的半導體礦物-微生物協同作用以及元素循環調控機制奠定初步基礎。

發文機構：造山帶與地殼演化教育部重點實驗室

關鍵詞：海洋透光層半導體礦物電化學微生物胞外電子傳遞marine euphotic zonesemiconductive mineralelectrochemistrymicroorganismsextracellular electron transfer

分類號： P579[天文地球—礦物學][天文地球—地質學]