FTIR及SEM诊断铁铝锰氧化物参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物的结构特征

铁铝锰氧化物催化木质素形成腐殖质具有重要作用。为阐明微生物-木质素-铁铝锰氧化物三者间的关系,揭示矿物-菌体残留物的结构特征,采用液体摇瓶培养法,以木质素为碳源,通过添加针铁矿、三羟铝石及δ-MnO₂粉末,在接种复合菌剂后启动110 d液体培养,期间动态收集矿物-菌体残留物,利用FTIR及SEM技术对其特性进行研究。结果表明：针铁矿呈松针状结构,参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物后表面附着了条状的暗色物质,表观结构不规则,但晶体结构并未改变。菌体中多糖类物质与针铁矿游离羟基的阴离子发生交换作用,芳香碳结构比例增加,菌体在针铁矿表面堆积掩蔽了Fe-OH键以及(001)面的γ-OH键,Fe-OH发生质子化使Fe-O键振动频率增强;三羟铝石表面结构疏松、呈绒球状物质,参与形成矿物-菌体残留物后,缩聚作用明显、疏松程度降低、表面微孔结构减少。氢键作用使矿物-菌体残留物的铝羟基振动频率下降,即与≡Al-OH相结合的O-H键极性减弱;木质素引入使芳香碳结构比例增加,随着培养进行,其含量先下降,而后再历经缩合;δ-MnO₂表面颗粒粗糙,以絮状或颗粒状团聚,参与形成矿物-菌体残留物后,颗粒团聚趋势明显、堆积更加紧密、表面结构更加光滑。60 d培养期间,δ-MnO₂结晶度受到菌体堆积以及氢键作用使O-H键的极性减弱,而后层间水分子-OH含量增加对其产生了叠加效应,使3 404~3 435 cm-1处吸收峰强度增加。菌体中多糖类物质的羟基通过氢键、化学力与δ-MnO₂表面发生缔合,所形成的矿物-菌体残留物芳香碳结构比例增加,但Mn-O基团受到掩蔽;δ-MnO₂的参与能够使矿物-菌体残留物产生更大数量的芳香碳结构,为腐殖质形成提供更多的稳定性碳,其次是针铁矿,而三羟铝石则在培养30~60 d更有利于木质素的微生物降解。