A newly discovered function of nitrate reductase in chemoautotrophic vanadate transformation by natural mackinawite in aquifer

麦金纳维 化学 硫代硫酸盐 环境化学 氢化酶 生物地球化学循环 产甲烷 黄铁矿 硫黄 矿物学 生物化学 有机化学 甲烷
作者
Chao He,Baogang Zhang,Jinsheng Lu,Rui Qiu
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:189: 116664-116664 被引量:90
标识
DOI:10.1016/j.watres.2020.116664
摘要

Mackinawite (FeS), a widely-distributed natural reducing mineral, can donate electron for various (bio)processes. However, little is known about mackinawite-driven chemoautotrophic bioreduction of toxic vanadate [V(V)] in aquifer. This study demonstrates that V(V) is successfully bioreduced by mackinawite under anaerobic condition via 150-d operation of constructed aquifer. Complete V(V) removal was achieved at the initial concentration of 10 mg/L and flow rate of 0.125 mL/min. Fluctuant hydrochemistry and hydrodynamics affected V(V) removal performance. Biotic activity was identified as the major contribution to V(V) transformation (76.4 ± 1.01%). Chemoautotrophic genera (e.g., Thiobacillus) could oxidize FeS coupled to direct V(V) reduction independently. Heterotrophic V(V) reducers (e.g., Pseudomonas and Spirochaeta) could also achieve V(V) detoxification by utilizing metabolic intermediates synthesized by autotrophic Fe(II) oxidizers (e.g., Thiobacillus) and S(-II) oxidizing genera (e.g., Sulfuricurvum). Gene abundance and enzymatic activity tests confirmed that nitrate reductase gene napA functioned crucially in chemoautotrophic V(V) reduction by Fe(II) and S(-II) donating electron. V(V) was reduced to insoluble V(IV) while elements in mackinawite were oxidized to Fe(III) and SO42−. This study reveals the coupling of iron, sulfur and vanadium in biogeochemical cycling, and offers a promising strategy for remediation of V(V)-polluted aquifer.
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