In order to isolate a Fe(III)-reducer from the natural environment, soil samples were collected from various patty fields and enriched with ferric citrate as a source of Fe(III) under anaerobic condition. Since the enrichment culture was serially performed, the Fe(III)-reduction activity was serially diluted and cultivated on an agar plate containing lactate and ferric citrate in an anaerobic glove box. A Gram negative, motile, rod-shaped and facultative anaerobic Fe(III)-reducer was isolated based on its highest Fe(III)-reduction activity, Bacterial growth was coupled with oxidation of lactate to Fe(III)-reduction, but the isolate fermented pyruvate without Fe(III), The isolate reduced an insoluble ferric iron (FeOOH) as well as a soluble ferric iron (ferric citrate). Using the BBL crystal enteric/non-fermentor identification kit and 16S rDNA sequence analysis, the isolate was identified as Shewanella putrefaciens IR-1.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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1999.10a
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pp.81-84
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1999
The aqueous geochemical characteristics of Cr(III) and Cr(Ⅵ) in environmental systems are very different from one another: Cr(Ⅵ) is highly soluble, mobile and toxic relative to Cr(III) Reduction of Cr(Ⅵ) to Cr(III) are beneficial in aquatic systems because of the transformation of a highly mobile and toxic species to one having a low solubility in water, thus simultaneously decreasing chromium mobility and toxicity. Fe(II) species are excellent reductants for transforming Cr(Ⅵ) to Cr(III), and in addition, keeping Cr(III) concentrations below the drinking water standard of 52 ppb at pH values between 5 and 11. Investigations of the effects of NOM on Cr(Ⅵ) reduction are for examining the feasibility of using ferrous iron to reduce hexavalent chromium in subsurface environments. Experiments in the presence of soils, however, showed that the solid phase consumes some of the reducing capacity of Fe(II) and makes the overall reduction kinetics slower. The soil components bring about consumption of the ferrous iron reductant. Particular attention is devoted to the complexation of Fe(II) by NOM and the subsequent effect on Cr(Ⅵ) reduction. Cr(Ⅵ) reduction rate by Fe(II) was affected by the presence of NOM (humic acid), The effects of humic acid was different from the solution pH values and the concentration of humic acid. It was probably due to the reactions between humic acid and Cr(Ⅵ), humic acid and Fe(II), and between Cr(Ⅵ) and Fe(II), at each pH.
The inhibitory effects of nitrate on Fe(III) and humic acid reduction were examined in Shewanella putrefaciens DK-1. Therer is no difference in Fe(III) reduction until 25 hours between cultures using Fe(III) production was decreased drastically when Fe(III) and nitrate were used as electron acceptors. The production of AHQDS(2,6-anthrahydroquinon disulfonate) showed similar patterns when AQDS alone and both AQDS and Fe(III) were used as electron acceptors. When AQDS(2,6-anthraquinon disulfonate) and nitrate were used as electron acceptors, the production of AHQDS was completely inhibited.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.10
no.3
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pp.145-153
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2005
I reviewed an ecological and environmental significance of microbial carbon respiration coupled to dis-similatory reduction of fe(III) to Fe(II) which is one of the major processes controlling mineralization of organic matter and behavior of metals and nutrients in various anaerobic environments. Relative significance of Fe(III) reduction in the mineralization of organic matter in diverse marine environments appeared to be extremely variable, ranging from negligible up to $100\%$. Cenerally, Fe(III) reduction dominated anaerobic car-bon mineralization when concentrations of reactive Fe(III) were higher, indicating that availability of reactive Fe(III) was a major factor determining the relative significance of Fe(III) reduction in anaerobic carbon mineralization. In anaerobic coastal sediments where $O_2$ supply is limited, tidal flushing, bioturbation and vegetation were most likely responsible for regulating the availability of Fe(III) for Fe(III) reducing bacteria (FeRB). Capabilities of FeRB in mineralization of organic matter and conversion of metals implied that FeRB may function as a useful eco-technological tool for the bioremediation of anoxic coastal environments contaminated by toxic organic and metal pollutants.
The effects of microbial iron reduction and oxidation on the immobilization and mobilization of copper were investigated in a high concentration of sulfate with synthesized Fe(III) minerals and red earth soils rich in amorphous Fe (hydr)oxides. Batch microcosm experiments showed that red earth soil inoculated with subsurface sediments had a faster Fe(III) bioreduction rate than pure amorphous Fe(III) minerals and resulted in quicker immobilization of Cu in the aqueous fraction. Coinciding with the decrease of aqueous Cu, $SO_4{^{2-}}$ in the inoculated red earth soil decreased acutely after incubation. The shift in the microbial community composite in the inoculated soil was analyzed through denaturing gradient gel electrophoresis. Results revealed the potential cooperative effect of microbial Fe(III) reduction and sulfate reduction on copper immobilization. After exposure to air for 144 h, more than 50% of the immobilized Cu was remobilized from the anaerobic matrices; aqueous sulfate increased significantly. Sequential extraction analysis demonstrated that the organic matter/sulfide-bound Cu increased by 52% after anaerobic incubation relative to the abiotic treatment but decreased by 32% after oxidation, indicating the generation and oxidation of Cu-sulfide coprecipitates in the inoculated red earth soil. These findings suggest that the immobilization of copper could be enhanced by mediating microbial Fe(III) reduction with sulfate reduction under anaerobic conditions. The findings have an important implication for bioremediation in Cu-contaminated and Fe-rich soils, especially in acid-mine-drainage-affected sites.
Microbial Fe(III) reduction is an important factor for biogeochemical cycle in anaerobic environments, especially sediment of freshwater such as lakes, ponds and rivers. In addition, the Fe(III) reduction serves as a model for potential mechanisms for the oxidation of organic compounds and the reduction of toxic heavy metals, such as chrome or uranium. Shewanella putrefaciens DK-1 was a gram-negative, facultative anaerobic Fe(III) reducer and used ferric ion as a terminal electron acceptor for the oxidation of organic compounds to $CO_{2}$ or other oxidized metabolites. The ability of reducing activity and utilization of various electron acceptors and donors for S. putrefaciens DK-1 were investigated. S. putrefaciens DK-1 was capable of using a wide variety of electron acceptor, including $NO_{3}^{-}$, Fe(III), AQDS, and Mn(IV). However, its ability to utilize electron donors was limited. Lactate and formate were used as electron donors but acetate and toluene were not used. Fe(III) reduction of S. putrefaciens DK-l was inhibited by the presence of either $NO_{3}^{-}$ or $NO_{2}^{-}$. Further S. putrefaciens DK-1 used humic acid as an electron acceptor and humic acid was re-oxidized by nitrate. Environmental samples showing the Fe(III)-reducing activity were used to investigate effects of the limiting factors such as carbon, nitrogen and phosphorus on the Fe(III) reducing bacteria. The highest Fe (III) reducing activity was measured, when lactate as a carbon source and S. putrefaciens DK-1 as an Fe(III) reducer added in untreated sediment samples of Cheon-ho and Dae-ho reservoirs.
BACKGROUND: Biological iron redox transformation alters iron minerals, which may act as effective adsorbents for arsenate [As(V)] in the environments. In the viewpoint of alleviating arsenate, microbial Fe(III) reduction was sought under high concentration of As(V). In this study, Fe(III)-reducing bacteria were isolated from the wild plant rhizosphere soils collected at abandoned mine areas, which showed tolerance to high concentration of As(V), in pursuit of potential agents for As(V) bioremediation. METHODS AND RESULTS: Bacterial isolation was performed by a series of enrichment, transfer, and dilutions. Among the isolated strains, two strains (JSAR-1 and JSAR-3) with abilities of tolerance to 10 mM As(V) and Fe(III) reduction were selected. Phylogenetic analysis using 16S rRNA genesequences indicated the closest members of Pseudomonas stutzeri DSM 5190 and Paenibacillus selenii W126, respectively for JSAR-1 and JSAR-3. Ferric and ferrous iron concentrations were measured by ferrozine assay, and arsenic concentration was analyzed by ICP-AES, suggesting inability of As(V) reduction whereas ability of Fe(III) reduction. CONCLUSION: Fe(III)-reducing bacteria isolated from the enrichments with arsenate and ferric iron were found to be resistant to a high concentration of As(III) at 10 mM. We suppose that those kinds of microorganisms may suggest good application potentials for As(V) bioremediation, since the bacteria can transform Fe while surviving under As-contaminated environments. The isolated Fe(III)-reducing bacterial strains could contribute to transformations of iron minerals which may act as effective adsorbents for arsenate, and therefore contribute to As(V) immobilization
Shewanela, putrefaciene IR-1 and MR-1 were cultivated by using various combinations electron donor-acceptor, lactate-Fe(III) lactate-nitrate, pyruvate-FE(III), pyruvate-nitrate H$_2$ acetate-Fe(III) and H$_2$-acetate-nitrate. Both strains grew fermentatively on pyruvate and lactate but not on without and electron acceptor. In culture with Fe(III), both astrains grew on pyruvate and lactate but on H$_2$-acetate- CO$_2$. In cultivation with nitrate, both stains grew on pyruvate lactage and on H$_2$-acetate-CO$_2$ The growth yields of IR-1 pyruvate, pyruvate-Fe(III) and lactate-Fe(III) were about 3.4, 3.5, and 3.6(g cell/M substrate), respectively. From the growth properties of both strains on media with Fe(III) as an electron acceptor, the bacterial growth was confirmed not to be increased by addition of Fee(III) as an electron acceptor to the growth medium, which indicates a possibility that the dissimilatory reduction of Fe(III) to Fe(III) may not be coupled to free energy production.
Microbial Fe (III) reduction is important for the biogeochemical cycle in the sediment of freshwater system. Also, the Fe (III) reducing mechanism make a model of oxidizing organic compounds and reducing toxic heavy metals, such as chrome or uranium. Thirty-seven strains which have Fe (III) reducing activity were isolated from sediments in lake Soyang and Chunho reservoir. The initial concentration of Fe (II) was the highest in sediments of lake Soyang. However, the highest Fe (III) reducing activity was shown in Chunho reservoir. All isolates were tested for Fe (III) reducing activity. Strains C2 and C3, which were isolated from sediments of Chunho reservoir, showed the highest activity. These strains were tested to see if they utilize various electron donors such as glucose, yeast extract, acetate, ethanol and toluene. Significantly, glucose and yeast extract were used as electron donors. Also these strains were conformed to use humid acid and nitrate as electron accepters. The 16S rRNA sequences of strains C2 and C3 were closely related to Aeromonas hydrophila with 95% similarity.
Photocatalytic reduction of hexavalent chromium (Cr(VI)) in ferric-tartrate system under irradiation of visible light was investigated. Effects of light resources, initial pH value and initial concentration of various reactants on Cr(VI) photocatalytic reduction were studied. Photoreaction kinetics was discussed and a possible photochemical pathway was proposed. The results indicate that Fe(III)-tartrate system is able to rapidly and effectively photocatalytically reduce Cr(VI) utilizing visible light. Initial pH variations resulte in the concentration changes of Fe(III)-tartrate complex in this system, and pH at 3.0 is optimal for Cr(VI) photocatalytic reduction. Efficiency of Cr(VI) photocatalytic reduction increases with increasing initial concentrations of Cr(VI), Fe(III) and tartrate. Kinetics analysis indicates that initial Fe(III) concentration affects Cr(VI) photoreduction most significantly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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