磷 (P) 的生物有效性对于全球生态系统的初级生产力具有重要的影响。近来，微生物分泌的具有氧化还原活性的抗生素被发现能够通过还原性溶解氧化铁来释放吸附在其表面上的 P，进而增强 P 的生物有效性。在这一过程中，由于微生物分泌的抗生素并不是单独存在于生态系统中，而是与其分泌的胞外聚合物 (EPS) 如海藻酸共存于微环境中。因此，微生物 EPS 中海藻酸的存在对抗生素驱动的 Fe(Ⅲ)的还原以及 P 的活化的影响仍然是不清楚的。
基于此，华中农业大学张文君副教授团队利用原子力显微镜技术在纳米尺度上展示了氧化还原抗生素驱动的磷酸铁的原位溶解，定量分析了 EPS 中主要组分海藻酸对抗生素驱动的 Fe(Ⅲ)的还原以及共沉淀 P 的活化的影响。该成果以“Alginate promotes soil phosphorus solubilization synergistically with redox-active antibiotics through Fe(Ⅲ) reduction”为题，发表在英国皇家学会期刊 Environmental Science: Nano 上。华中农业大学葛新飞博士为本文第一作者，张文君副教授为本文通讯作者。
研究通过对生成的 Fe(Ⅱ)、活化的 P 以及磷酸铁表面的纳米尺度的原位溶解动力学的定量表征，明确了 EPS 中的主要组分海藻酸（Alginate）能够显著性的提高抗生素对磷酸铁中 Fe(Ⅲ)的还原，主要涉及机制如下：1）. 海藻酸能够螯合抗生素还原产生的 Fe(Ⅱ)从而促进抗生素还原反应的进一步发生；2）. 海藻酸螯合的 Fe(Ⅱ)复合物可以充当电子传输体，进一步还原磷酸铁上 Fe(Ⅲ)；3）. 海藻酸螯合的三价铁复合物相比于磷酸铁中固相 Fe(Ⅲ)更易于被抗生素还原。于是，伴随着磷酸铁中固相 Fe(Ⅲ)的还原溶解，其共沉淀的 P 也将得到进一步的活化释放。最后，该研究通过开尔文表面电势确定了海藻酸聚合度对于氧化还原进程的影响。结果表明，聚合度越高，协同效果越好。该研究为磷素在土壤中的循环转化提供了直接的微观证据。
论文信息
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*（张文君，华中农业大学）
Environ. Sci. Nano, 2022
http://doi.org/10.1039/D2EN00152G
华中农业大学作者简介
本文第一作者，华中农业大学博士生，致力于土壤矿物界面的磷化学研究，以第一作者在 Environmental Science and Technology, Environmental Science: Nano 以及 Physical Chemistry Chemical Physics 国际期刊发表 SCI 论文 3 篇。
华中农业大学
本文通讯作者，华中农业大学副教授，主要从事土壤磷化学研究工作，主要研究内容为根系分泌有机酸，糖以及土壤中腐殖酸等有机物对无机/有机磷的释放及转化效应。在 Environmental Science and Technology, Environmental Science: Nano 等国际期刊发表 SCI 论文 10 余篇。
