磷 (P) 的生物有效性對于全球生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力具有重要的影響。近來，微生物分泌的具有氧化還原活性的抗生素被發(fā)現(xiàn)能夠通過還原性溶解氧化鐵來釋放吸附在其表面上的 P，進(jìn)而增強(qiáng) P 的生物有效性。在這一過程中，由于微生物分泌的抗生素并不是單獨(dú)存在于生態(tài)系統(tǒng)中，而是與其分泌的胞外聚合物 (EPS) 如海藻酸共存于微環(huán)境中。因此，微生物 EPS 中海藻酸的存在對抗生素驅(qū)動(dòng)的 Fe(Ⅲ)的還原以及 P 的活化的影響仍然是不清楚的。
基于此，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張文君副教授團(tuán)隊(duì)利用原子力顯微鏡技術(shù)在納米尺度上展示了氧化還原抗生素驅(qū)動(dòng)的磷酸鐵的原位溶解，定量分析了 EPS 中主要組分海藻酸對抗生素驅(qū)動(dòng)的 Fe(Ⅲ)的還原以及共沉淀 P 的活化的影響。該成果以“Alginate promotes soil phosphorus solubilization synergistically with redox-active antibiotics through Fe(Ⅲ) reduction”為題，發(fā)表在英國皇家學(xué)會期刊 Environmental Science: Nano 上。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)葛新飛博士為本文第一作者，張文君副教授為本文通訊作者。
研究通過對生成的 Fe(Ⅱ)、活化的 P 以及磷酸鐵表面的納米尺度的原位溶解動(dòng)力學(xué)的定量表征，明確了 EPS 中的主要組分海藻酸（Alginate）能夠顯著性的提高抗生素對磷酸鐵中 Fe(Ⅲ)的還原，主要涉及機(jī)制如下：1）. 海藻酸能夠螯合抗生素還原產(chǎn)生的 Fe(Ⅱ)從而促進(jìn)抗生素還原反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生；2）. 海藻酸螯合的 Fe(Ⅱ)復(fù)合物可以充當(dāng)電子傳輸體，進(jìn)一步還原磷酸鐵上 Fe(Ⅲ)；3）. 海藻酸螯合的三價(jià)鐵復(fù)合物相比于磷酸鐵中固相 Fe(Ⅲ)更易于被抗生素還原。于是，伴隨著磷酸鐵中固相 Fe(Ⅲ)的還原溶解，其共沉淀的 P 也將得到進(jìn)一步的活化釋放。最后，該研究通過開爾文表面電勢確定了海藻酸聚合度對于氧化還原進(jìn)程的影響。結(jié)果表明，聚合度越高，協(xié)同效果越好。該研究為磷素在土壤中的循環(huán)轉(zhuǎn)化提供了直接的微觀證據(jù)。
論文信息
Alginate promotes soil phosphorus solubilization synergistically with redox-active antibiotics through Fe(Ⅲ) reduction
Xinfei Ge, Lijun Wang, Xiong Yang, Guohong Qiu and Wenjun Zhang*（張文君，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)）
Environ. Sci. Nano, 2022
http://doi.org/10.1039/D2EN00152G
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作者簡介
本文第一作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生，致力于土壤礦物界面的磷化學(xué)研究，以第一作者在 Environmental Science and Technology, Environmental Science: Nano 以及 Physical Chemistry Chemical Physics 國際期刊發(fā)表 SCI 論文 3 篇。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
本文通訊作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授，主要從事土壤磷化學(xué)研究工作，主要研究內(nèi)容為根系分泌有機(jī)酸，糖以及土壤中腐殖酸等有機(jī)物對無機(jī)/有機(jī)磷的釋放及轉(zhuǎn)化效應(yīng)。在 Environmental Science and Technology, Environmental Science: Nano 等國際期刊發(fā)表 SCI 論文 10 余篇。
