细菌在厌氧生长的过程中通过利用碲氧化物作为呼吸电子受体产生碲纳米晶

AEM 2007, 2135-2143

特定的厌氧微生物可以利用呼吸作用还原碲酸盐和亚碲酸盐到Te0实现自身的生长。作者提到这样的还原过程可以获得相当大的稳定Te同位素比例(同位素富集因子为-0.4到-1.0每ml每原子量)，并且生成碲纳米晶。碲纳米晶可以在胞内合成，但是主要是分布在细胞外面。同时，作者所用的两种菌产生了截然不同的两种碲纳米材料的形貌。Bacillus selenitireducens主要产生团簇存在的碲纳米棒，而Sulfurospirillum barnesii主要产生小的，不规则形状的纳米球。作者利用Raman确定了合成的材料中Te处于元素态。

金属碲化物是地球中碲存在最为广泛的形式。微生物对于碲氧化物的脱毒过程可以通过蒸气化或者甲基化实现，也可以通过将碲氧化物还原为碲单质实现。产生的碲纳米颗粒可以在细胞外，但是大部分情况下，还是处于胞内的多。在作者研究的时候，碲元素是否具有完整的生物地球化学循环还是未知的。在作者的研究中，发现之前发现的两个可以厌氧呼吸硒酸盐和亚硒酸盐的微生物也可以还原碲酸盐和亚碲酸盐。同时，研究也表明微生物的生长和电子供体乳酸的氧化以及电子受体的亚碲酸盐还原具有计量比。

作者首先考察了加入Te(IV)后对B. selenitireducens的生长的影响，虽然微生物本身的倍增期较慢，但是细胞密度在最终增加了接近10倍。对S. barnesii的生长，Te(IV)也有类似的效果。随后，作者利用休眠细胞考察了碲的同位素的动力学同位素分配效应(KIE)，发现在非生物还原，以及不同的菌株还原的过程中，同位素富集因子具有差异性。

生长细胞和休眠细胞均具有还原Te(IV)的性能，B. selenitireducens还原完的产物均为棒状结构，但是尺寸和厚度略有区别。对菌株的薄层切片表明碲纳米棒还可以在微生物的胞内存在，这表明在该菌中，碲的还原可以通过胞内的金属还原过程实现。而在Sulfurospirillum barnesii中，主要产生的是不规则的碲纳米球。作者认为这样无定型的碲纳米球主要是菌株通过异化还原作用产生的(这一推测和我们组正在做的工作有些矛盾，其实纳米材料的形貌是可以调控的)。

作者随后将获得的碲纳米材料进行了清洗，并且与标准的碲粉进行了拉曼光谱的比较。氧化态的碲在拉曼光谱中会在200和800cm-1的地方出峰，而纯碲是在270cm^-1出现振动峰。作者还利用紫外可见吸收光谱研究了生物合成碲纳米材料在近红外区域内的吸收，发现Te纳米棒形成的簇具有更大的吸收。

作者随后对文章的实验进行了讨论，主要包括以下几个观点：

1. 首次给出了厌氧条件下碲还原可以支持微生物的生长。

2. 虽然以碲的氧化物作为末端电子供体，从能量产率上来说是很高的，但是碲氧化物的高毒性和持续的低剂量加入使得微生物的生长并没有体现出一个快速的过程。

3.作者注意到在B. selenitireducens中存在胞内和胞外两种类型的碲纳米棒，这意味着该菌具有两种独立的电子传递系统。一个是在细胞内用于脱毒，另外一套是在细胞膜上用于能量吸收。

4.作者还提到，利用微生物在碲转化过程成可能产生的碲化氢，微生物还可以被用于产生金属碲化物。