铁钼掺杂金属有机框架在不同营养条件下对自生固氮菌的生物效应研究

摘要

生物固氮是维持生态系统氮循环和生产力的关键过程，但其效率受到固氮酶辅因子中关键金属元素(如Fe、Mo)的生物可利用性的限制.研究构建了铁/钼掺杂的沸石咪唑酯框架材料(FeMo@ZIF-8),以期提高Fe、Mo的生物可利用性；并探究了在全营养、铁钼缺乏、营养贫瘠三种不同营养条件下，FeMo@ZIF-8对自生固氮菌(Azotobacter vinelandii)生长及固氮能力的影响.结果表明，Fe和Mo成功负载于ZIF-8骨架中，形成具有高比表面积和均匀金属分布的复合材料.在铁钼缺乏体系中，FeMo@ZIF-8显著促进固氮菌生长，具有良好的营养补偿效应，表现为细菌菌落形成单位(CFU)相较于对照组显著提升了54.6%±13%,以乙炔还原活性(ARA)表示的固氮酶活性显著提高至对照的511%±7%;而在全营养和营养贫瘠条件下，则呈现出抑制或无明显促进作用.电化学阻抗谱(EIS)进一步表明，FeMo@ZIF-8在铁钼缺乏条件下可增强胞外电子传递速率(EET),提升固氮酶活性.研究结果为开发基于金属有机框架材料(MOFs)的金属缓释体系提供了新策略，在增强生物固氮效率及改善土壤肥力方面具有潜在应用价值.

关键词

ZIF-8 / 生物固氮 / 铁钼元素 / 固氮活性 / 金属缓释体系

基金资助

四川省科技厅基金项目(2023JDRC0014); 西南民族大学中央高校项目(ZYN2025058)