微生物介导的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿研究进展

刘同旭，程宽 , ，陈丹丹，王莹，殷云璐，李芳柏**

1. 中国科学院广州地球化学研究所，广东 广州 510640；2. 广东省生态环境技术研究所，广东 广州 510650；3. 中国科学院大学，北京 100039

微生物驱动的亚铁氧化过程与元素循环、重金属迁移转化息息相关，对深入了解地球化学过程和环境保护具有重要意义（Karimian et al.，2018；Melton et al.，2014；Tagliabue et al.，2017）。在酸性和微氧环境中，嗜酸性和微氧型铁氧化微生物与氧气竞争，利用亚铁作为电子供体促进自身生长（Edwards et al.，2000；Lueder et al.，2018）。在中性厌氧条件下，光合型亚铁氧化微生物和硝酸盐还原亚铁氧化微生物是氧化亚铁的主要微生物（Lliros et al.，2015；Melton et al.，2012）。硝酸盐还原亚铁氧化微生物因其无需依赖光源，在环境中分布广泛，种类众多，一直受到研究者的广泛关注（Schaedler et al.，2018）。

硝酸盐还原亚铁氧化微生物首次发现于淡水沉积物中，随后的研究发现这类微生物普遍存在于河流、湿地、热泉、稻田等中性厌氧环境中（Hu et al.，2017；Sorokina et al.，2012a；Straub et al.，1996）。关于硝酸盐还原亚铁氧化微生物还原硝酸盐和氧化亚铁过程的研究发现亚铁氧化后生成种类繁多的矿物。这些矿物不仅游离于胞外，还可以附着在细胞表面或积聚于细胞周质内造成细胞的结壳现象（Miot et al.，2008）。硝酸盐还原亚铁氧化微生物驱动亚铁氧化成矿的机制主要有两个：（1）硝酸盐的还原产物亚硝酸盐与亚铁发生化学反应的化学亚铁氧化成矿机制；（2）微生物直接氧化亚铁的生物亚铁氧化成矿机制。两种成矿机制在微生物驱动的硝酸盐还原耦合亚铁氧化过程中同时发生、互相影响，使亚铁氧化成矿过程更加复杂（Carlson et al.，2012；Jamieson et al.，2018）。

相同的硝酸盐还原亚铁氧化微生物在不同的培养条件下驱动的亚铁氧化成矿种类和结晶度各有差异。前期的研究表明，溶液中的化学物质组分、外源添加的矿物和微生物分泌的有机物对亚铁氧化成矿具有重要的导向作用（Châtellier et al.，2004；Larese-Casanova et al.，2010；Pedrot et al.，2011）。此外，铁氧化微生物在亚铁氧化过程中形成矿物与细胞紧密结合，形成特有的结壳现象，对微生物的迁移和新陈代谢过程产生影响（Nordhoff et al.，2017）。关于硝酸盐还原亚铁氧化微生物的研究发现，结壳现象普遍存在于硝酸盐还原耦合亚铁氧化过程，且结壳对不同的微生物影响并不相同（Kappler et al.，2005；Nordhoff et al.，2017）。

目前有关硝酸盐还原亚铁氧化微生物的研究中，主要关注微生物硝酸盐还原或亚铁氧化的过程及效应，很少将成矿作为主要的科学问题进行研究。鉴于解析成矿过程和影响因素有助于进一步理解微生物参与的元素地球化学循环和在环境治理方面的广泛运用前景，本文综述了硝酸盐还原亚铁氧化微生物氧化亚铁成矿的产生机制、影响因素及其对微生物和环境的效应。

1 硝酸盐还原亚铁氧化微生物驱动的不同形态的亚铁氧化成矿

Straub et al.（1996）首次研究硝酸盐还原亚铁氧化微生物时，发现溶解态的硫酸亚铁添加后体系中出现铁锈般的红棕色沉淀，而加入黑色的固态硫化亚铁后，黑色矿物逐渐转变为米黄色。表1列举了近 20年来部分用于研究亚铁氧化成矿的硝酸盐还原亚铁氧化微生物属种、成矿种类、成矿位置等。由表1可知，微生物可以氧化不同形态的亚铁，主要分成三类：溶解态的无机亚铁、有机配体态的亚铁和固态的亚铁矿物。

溶解态的无机亚铁如硫酸亚铁和氯化亚铁可以被大部分硝酸盐还原亚铁氧化微生物氧化成矿。Benz et al.（1998）发现在Strain HidRe2作用下硫酸亚铁被氧化并逐渐产生黄色沉淀；Li et al.（2014）分离到一株硝酸盐还原亚铁氧化菌 Citrobacter freundii PXL1，在添加氯化亚铁的情况下发现体系中产生褐色沉淀；Zhang et al.（2015）在垃圾处理场的土壤中分离到一株硝酸盐还原亚铁氧化菌Pseudomonas sp. W1，在培养体系中添加硫酸亚铁后，也发现有黄棕色沉淀产生。这些研究仅从颜色变化判断产生了三价铁矿物，并未对矿物种类进行表征。Kluegleinet al.（2014）对Psedogulbenkiana sp.2002氧化亚铁生成的矿物进行表征，发现生成的黄色沉淀为针铁矿；而Azospira bacterium PS可以氧化氯化亚铁生成黑色的磁铁矿（Chaudhuri et al.，2001）。Miot et al.（2008）利用SEXM和XANES手段，检测Acidovorax sp. BoFeN1氧化氯化亚铁后生成的矿物，发现除了水铁矿之外，还包括部分无定形磷酸铁和磷酸亚铁沉淀。一些研究还采用了穆斯堡尔谱技术表征体系中生成的矿物，发现除了结晶程度较好的三价铁氢氧化物之外，无定形的三价铁也占有一定的比重（Dippon et al.，2012）。

溶解态的亚铁可以在铁氧化微生物的外膜、周质甚至细胞质内发生氧化成矿（Hedrich et al.，2011）。前期研究发现，酸性、微氧型和光合型亚铁氧化微生物可以将周质和外膜生成的矿物通过有机物螯合或直接溶解等手段排出体外，防止细胞周质和外膜沉淀矿物（Hegler et al.，2010；Kappler et al.，2004）。近期研究表明，添加溶解态的无机亚铁之后，硝酸盐还原亚铁氧化微生物的细胞表面和周质都发现了矿物沉淀。如图1所示，这些矿物紧密的包裹着细胞的外膜同时充斥在周质内，形成了特有的微生物结壳现象（Zeitvogel et al.，2017）。

图1 硝酸盐还原亚铁氧化微生物（NRFO）驱动的不同形态的亚铁成矿过程示意图Fig. 1 Schematic diagram of mineralization processes driven by NO3--reducing Fe(Ⅱ)-oxidizing (NRFO) bacteria in the presence of different Fe(II) species

有机配体态的亚铁和固态的二价铁也可以在硝酸盐还原亚铁氧化微生物的参与下发生氧化，固态的二价铁氧化还可以造成细胞的结壳，如图1所示。研究发现Paracoccus ferrooxidans BDN-1可以氧化[Fe(Ⅱ)EDTA]2-，培养体系中并未在周质或细胞外膜上发现结壳现象（Kumaraswamy et al.，2006）。其他报导的可以利用[Fe(Ⅱ)EDTA]2-或Fe(Ⅱ)-NTA等有机配体态亚铁的微生物，在培养的过程中无论是溶液还是细胞内均未发现矿物的产生。有机配体态亚铁难以进入周质，且生成溶解态的氧化产物，是细胞未结壳的主要原因（Chakraborty et al.，2011；Kopf et al.，2013）。固态的二价铁也可以被硝酸盐还原亚铁氧化微生物氧化成为新的矿物。Zhao et al.（2013）发现铁还原微生物还原过后的绿脱石可以被Psedogulbenkiana sp.2002氧化并生成多种铁氢氧化物；Acidovoraxsp.BoFeN1可以在溶解态亚铁存在的情况下氧化固态的蓝铁矿（Miot et al.，2009）。氧化固态二价铁矿物形成的矿物可以吸附到微生物表面造成细胞外膜的结壳，但固态的二价铁并不能进入周质导致成矿发生。

表1 硝酸盐还原亚铁氧化微生物驱动的亚铁氧化成矿研究汇总Table 1 Summary of studies on Fe(Ⅱ) mineralization processes driven by NRFO bacteria

由此可知，微生物介导的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程受多种因素共同影响，如微生物类型、亚铁形态和成矿位置等。此外，在不同反应体系中，亚铁氧化生成的不同种类的矿物也由多种因素决定。

2 亚铁氧化成矿过程的影响因素

在中性条件下，生物和化学作用都可以使亚铁氧化生成矿物沉淀。由表1可知，已有的关于硝酸盐还原亚铁氧化微生物的研究中亚铁氧化生成的矿物种类繁多。目前普遍认为，亚铁氧化成矿种类主要受溶液所含化学组分、外源添加物质和微生物的影响（Châtellier et al.，2004；Larese-Casanova et al.，2010；Li et al.，2017a）。

Larese-Casanova et al.（2010）系统研究了不同缓冲液对Acidovorax sp. BoFeN1氧化亚铁生成矿物种类的影响，发现在Mops缓冲液中，亚铁氧化后主要生成纤铁矿，而在碳酸盐缓冲液中，针铁矿的比例显著增加。Mops并不具有与亚铁络合的能力，亚铁氧化生成的矿物主要为晶体边对边排列的纤铁矿，而碳酸盐离子易与亚铁络合，并会诱导矿物的晶体排列向尖对尖的排列发展，促进针铁矿的产生，这可能是造成矿物生成种类不同的主要原因（Larese-Casanova et al.，2010）。相对于碳酸盐，添加磷酸盐并不会诱导矿物晶型改变。磷酸盐往往与溶液中的亚铁形成磷酸亚铁沉淀，一方面造成溶液中溶解态亚铁降低，影响亚铁的氧化速率（Straub et al.，2004）；另一方面，磷酸亚铁还可能进一步转化为蓝铁矿或绿锈，被亚硝酸盐或微生物氧化形成新的三价铁矿物（Etique et al.，2014；Pantke et al.，2012）。因此，溶液中的化学组分对矿物的形成具有重要的影响。

除溶液化学组分外，外源物质的添加也会影响矿物的形成。研究发现，磁铁矿的加入会诱导体系中产生新的磁铁矿，这可能和磁铁矿作为亚铁成核位点有关，而针铁矿的加入却并未引起矿物种类的变化（Dippon et al.，2012）。有机物和重金属如砷的添加对亚铁氧化成矿的种类影响不大，但影响形成矿物的结晶度。无论是有机物还是重金属，很容易吸附在矿物表面，从而抑制矿物的继续沉淀，这可能是造成矿物沉淀结晶度降低的主要原因（Hohmann et al.，2010；Larese-Casanova et al.，2010）。

微生物也是影响矿物种类的主要原因。一方面，微生物的周质和外膜内含有丰富的官能团，这些官能团的作用与外源添加的有机物一样能吸附矿物，从而抑制矿物的沉淀，最终导致亚铁氧化生成的矿物结晶度低，这一现象在硝酸盐还原亚铁氧化微生物的周质和外膜上吸附的矿物多为没有规则并以无定形的三价铁矿物为主得到直接体现（Dippon et al.，2012；Klueglein et al.，2014；Larese-Casanova et al.，2010）。另一方面，不同的微生物或者相同微生物不同添加量均会影响体系中亚铁氧化的速率，而氧化速率越快，生成的矿物结晶度就越差（Senko et al.，2005）。

图2 微生物介导的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿示意图（A）化学亚铁氧化成矿过程（B）生物亚铁氧化成矿过程Fig. 2 Schematic diagram of Fe(Ⅱ) mineralization process driven by NRFO bacteria, (A) the chemical mineralization processes and (B) the biological mineralization processes

3 硝酸盐还原亚铁氧化微生物驱动的亚铁氧化成矿机理

目前普遍认为，在硝酸盐还原亚铁氧化微生物培养体系中，存在两种不同的亚铁氧化方式：（1）微生物还原硝酸盐的产物亚硝酸盐诱导的化学亚铁氧化；（2）微生物直接利用亚铁作为电子供体由细胞中的铁氧化酶诱导的生物亚铁氧化。不同型态的亚铁在上述两种驱动力的作用下，在周质、细胞外膜和细胞内发生氧化，形成种类各异的矿物沉淀，如图2所示。两种亚铁氧化成矿的方式同时发生、互相耦合，对体系中的亚铁氧化成矿产生重要影响（Carlson et al.，2012；Jamieson et al.，2018）。近期Liu et al.（2018）通过同位素分馏和建立动力学模型等手段，进一步说明硝酸盐还原亚铁氧化微生物在氧化亚铁时存在化学和生物两种成矿机制。

3.1 硝酸盐还原产物驱动的化学亚铁氧化成矿

在中性厌氧条件下，亚铁和硝酸盐的反应非常有限。虽然铜、部分铁的氢氧化物、细胞表面等可以催化两者之间的反应，但在自然和实验室培养条件下，这些催化剂的浓度较低，对亚铁和硝酸盐的催化作用非常有限（Picardal，2012）。微生物还原硝酸盐的初级产物是亚硝酸盐，其易与溶解态的无机亚铁反应，除此之外，亚硝酸盐还可以与吸附态、有机配体态和固态的亚铁反应生成可溶的三价铁或铁氢氧化物沉淀（Picardal，2012；Rakshit et al.，2016；Yan et al.，2015）。因此，微生物还原硝酸盐产生亚硝酸盐是促进化学亚铁氧化成矿的关键过程。

亚硝酸盐主要由微生物体内的硝酸盐还原酶产生。在自然界或人工培养体系中，溶液中的硝酸盐可以通过相应的转运蛋白穿过周质到达细胞质，内膜上的Nar蛋白将硝酸盐还原成亚硝酸盐后，亚硝酸盐穿过内膜转运到周质（Kuypers et al.，2018；Moreno-Vivián et al.，1999）。相对于有机配体态和固态的亚铁，游离于胞外的溶解态无机亚铁离子可以穿过细胞外膜，进入细胞周质与亚硝酸盐发生反应从而形成矿物沉淀（Carlson et al.，2013）。目前尚未发现硝酸盐还原亚铁氧化微生物具有周质矿物外排能力，因此周质内的矿物沉淀逐渐积累，最终造成周质的结壳现象（Miot et al.，2008；Schmid et al.，2014b）。也有研究认为亚铁还可以进一步穿过细胞内膜与细胞质内的亚硝酸盐发生反应（Klueglein et al.，2014）。转运到周质内的亚硝酸盐，一部分与溶解态无机亚铁反应成矿，一部分被周质内的亚硝酸盐还原酶如 Nir还原成一氧化氮等产物，还有一部分可以穿过细胞外膜进入到溶液中（Kuypers et al.，2018）。

溶解态、有机配体态和固态的亚铁都可以在胞外与周质内排出的亚硝酸盐发生反应（Picardal，2012）。固态的亚铁有两个来源，一是直接外源添加，二是溶解态的亚铁与溶液中的碳酸盐、磷酸盐甚至维生素等化学组分发生反应生成二价铁沉淀（Miot et al.，2009）。无论是溶解态的无机亚铁还是固态的亚铁，其与亚硝酸盐反应生成的矿物沉淀表面均具有较高的零点电荷，从而易吸附于微生物表面，造成微生物表面的结壳现象（Posth et al.，2010）。有机配体态的亚铁如[Fe(Ⅱ)EDTA]2－与亚硝酸盐的反应产物为溶解态的[Fe(Ⅱ)EDTA]-，因此有机配体态亚铁的添加可以防止体系中产生矿物沉淀（Klueglein et al.，2015）。

3.2 微生物铁氧化酶驱动的生物亚铁成矿

在环境中，硝酸盐和亚铁很难发生反应，但从热力学角度分析，两者反应生成针铁矿的吉布斯自由能为-96.23 kJ·mol-1。因此，在理论上，微生物利用亚铁电子进行硝酸盐还原并不存在能量障碍（Laufer et al.，2016）。Weber et al.（2006）发现Psedogulbenkiania sp. 2002可以在不添加有机物的情况下氧化溶液中的亚铁；Zhao et al.（2013）也发现在不含有机物的条件下添加此类微生物，体系中的亚铁和硝酸盐逐渐被消耗，这表明很可能是微生物直接利用了体系中的亚铁。在有机物和亚铁共存的体系中，Kopf et al.（2013）成功通过动力学模型的手段研究证明，化学作用并不能有效解释体系中有机配体态亚铁的消耗；Liu et al.（2018）通过计算体系中乙酸钠和硝酸盐之间的电子平衡也发现，理论上微生物仅利用乙酸钠进行硝酸盐还原的量与体系中实际的硝酸盐消耗量并不匹配。这些结果表明，微生物很可能利用了亚铁的电子进行硝酸盐的还原。

硝酸盐还原亚铁氧化微生物的细胞外膜和周质内存在相应的铁氧化酶，在氧化不同形态的亚铁形成矿物的同时，亚铁的电子用于硝酸盐的还原和微生物生长（Carlson et al.，2012）。细胞色素C作为一种典型的铁氧化蛋白已经在多种硝酸盐还原亚铁氧化微生物中被发现（Ilbert et al.，2013）。Weber et al.（2009）和 Chaudhuri et al.（2001）利用原位分析的方法测试微生物悬液光谱，发现存在典型的细胞色素C光谱，加入亚铁之后细胞色素C发生还原，这一现象可能是细胞色素C接受溶液中亚铁的电子而产生的。此外，Liu et al.（2018）在Acidovorax sp. BoFeN1的胞外聚合物中也发现细胞色素C的存在，并发现其可以和亚铁快速反应。这些结果表明，细胞色素C可能广泛存在于硝酸盐还原亚铁氧化微生物体内，在微生物直接利用铁氧化酶氧化亚铁过程中起到关键作用。He et al.（2017）通过分析大量铁氧化微生物的基因后发现，硝酸盐还原亚铁氧化微生物中可能存在多种亚铁电子传递链，相应的酶如细胞色素C镶嵌在外膜或存在于周质和内膜，从而对微生物胞外和周质内的亚铁氧化起到重要的作用。

4 亚铁氧化成矿对微生物的影响

亚铁氧化生成的矿物具有较高的零点电荷，很容易吸附于带负电的细胞表面，造成细胞的结壳（Posth et al.，2010；Kappler et al.，2005）；周质内生成的矿物，也因无法排出或溶解造成周质内的结壳（Muehe et al.，2009）。酸性、微氧型及光合型铁氧化微生物均被发现有相应的机制防止细胞表面或周质产生结壳，如于胞外分泌有机质隔离沉淀矿物，保持细胞表面电中性以减小矿物吸附，甚至可以通过降低细胞表面的pH使矿物溶解（Hegler et al.，2010；Wu et al.，2014）。然而，目前尚未在硝酸盐还原亚铁氧化微生物中发现防止结壳产生的机制，而结壳现象的普遍发生，对微生物产生了重要的影响。

亚铁氧化生成的结壳，可以对微生物的生命活动产生强烈的抑制作用。研究发现，在仅以有机物作为电子供体时，部分硝酸盐还原亚铁氧化微生物可以正常生长，然而加入亚铁之后，微生物的表面和周质内很快发生了严重的结壳现象，同时体系中硝酸盐和有机物消耗明显降低甚至停止，微生物的生长受到了抑制（Li et al.，2017a；Hu et al.，2017）。结壳作为微生物亚铁氧化的产物，一方面紧密的包裹细胞，影响微生物营养物质的吸收和有害物质的排放，甚至降低微生物的移动性，使微生物的生存面临严重的挑战（Kappler et al.，2005；Chen et al.，2018）；另一方面，结壳还会包裹微生物功能蛋白造成相应蛋白的失活，影响微生物的新陈代谢，例如，在周质内产生的结壳可以包裹亚硝酸盐还原酶Nir，导致亚硝酸盐的还原受到限制从而大量积累（Chakraborty et al.，2013a）。

虽然硝酸盐还原亚铁氧化微生物不能防止结壳产生，但部分微生物可以通过分泌胞外聚合物（EPS）减少结壳对微生物的影响。Acidovorax sp.BoFeN1在不添加亚铁的情况下，微生物表面附着的EPS较少，而亚铁的加入显著促进了微生物EPS的分泌（Schmid et al.，2014a）。EPS分泌增多后微生物同样会产生结壳现象，但与胞外形成的体积大的矿物沉淀相比，微生物表面附着的矿物粒径较小，对微生物的包裹程度有所降低（Klueglein et al.，2014）。其他研究此种微生物的结果也表明，微生物产生的结壳虽然造成了部分细胞的死亡，但大部分微生物的生命活动并未受到明显的抑制作用，可能是EPS降低了结壳对微生物影响的结果（Muehe et al.，2009）。然而通过分泌EPS降低结壳的影响在硝酸盐还原微生物中是否普遍，微生物还存在哪些可以抑制结壳的机制，有待开展更多的研究。

近期研究发现，添加有机配体态的亚铁或低浓度的亚铁，硝酸盐还原亚铁氧化微生物并未产生结壳现象，且亚铁的添加促进了微生物的生命活动（Chakraborty et al.，2011；Peng et al.，2018）。另外，Straub et al.（1996）发现富集的硝酸盐还原亚铁氧化群落 Culture KS不仅可将氧化亚铁用于自养生长，微生物表面及周质也未发生结壳现象（Nordhoff et al.，2017）。一方面，相对于Culture KS群落，单菌的反硝化基因可能并不完善，因而体系中产生的亚硝酸盐更容易积聚，从而与亚铁反应造成细胞结壳；另一方面，在 Culture KS群落中，Gallionellaceae sp.可以分泌 EPS并供给其他微生物，这些EPS对其他微生物的能源供应和抑制结壳可能产生了重要的作用（He et al.，2017）。

5 环境意义

亚铁氧化过程是地球铁循环的重要组成部分，在中性厌氧的条件下，锰等金属氧化物和无机组分对亚铁的氧化能力有限。如图3所示，硝酸盐还原亚铁氧化微生物驱动的亚铁氧化成矿过程补充了环境中消耗的三价铁，对重金属的固定和污染物的降解具有重要作用。

图3 硝酸盐还原亚铁氧化微生物氧化亚铁成矿的环境意义Fig. 3 Environmental implications of Fe(Ⅱ) mineralization processes driven by NRFO bacteria

利用铁的氢氧化物的吸附或共沉淀作用去除环境中的重金属是降低重金属污染的有效措施（Borch et al.，2010）。Hohmann et al.（2010）发现，Acidovorax sp. BoFeN1不仅对五价和三价砷有较高的耐受能力，且亚铁氧化生成的针铁矿对两种价态的砷都具有良好的吸附性能，通过固定砷降低砷污染。在Psedogulbenkiana sp. 2002培养体系中，砷主要吸附在微生物和矿物的聚集体上，增加铁和砷比例可以增加砷的去除效率（Xiu et al.，2016）。近期Wang et al.（2018）也发现，在水稻土中添加亚铁和硝酸盐可以显著降低水稻和土壤中砷的浓度，硝酸盐还原亚铁氧化微生物可能在砷的去除过程中扮演着重要的角色。除了固定重金属砷以外，微生物还原硝酸盐氧化亚铁的过程中形成的矿物-微生物聚合体对镉、铅、镍和锌等重金属也有显著的固定效果（Li et al.，2017b）。

铁氧化微生物氧化亚铁生成的三价铁矿物，是铁还原微生物良好的电子受体（Miot et al.，2016）。微生物在促进铁循环的过程中，也会对污染物的降解产生影响。研究发现，在铁还原微生物和硝酸盐还原亚铁氧化微生物共存的条件下，铁氧化微生物可以还原硝酸盐，而铁还原微生物可以利用有机污染物如苯甲酸作为电子供体，将其还原成二氧化碳和水。三价铁矿物和溶解态亚铁相互转变，使体系中硝酸盐和苯甲酸得以持续降解（Straub et al.，2004）。

6 展望

本文主要综述了微生物介导的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿的产生与效应。现有研究表明：微生物介导的硝酸盐还原亚铁氧化过程中，微生物可以通过直接（如铁氧化酶作用）或间接（如硝酸盐还原产物化学作用）两种不同的氧化方式氧化不同形态的亚铁形成Fe(Ⅲ)矿物沉淀。成矿过程可能与以下生物地球化学过程有关：造成细胞的结壳现象从而抑制微生物的生命活动；为铁氧化菌提供良好电子受体；吸附或共沉淀有毒有害重金属从而保护环境。因此，硝酸盐还原亚铁氧化微生物驱动的亚铁氧化成矿过程，联系着地球上各个圈层的变化和污染物降解，对研究元素地球化学循环，维持生态系统的有序循环，污染治理等具有重要的科学研究价值。尽管这一过程的研究已经取得了一定的进展，但仍有许多问题需要我们持续关注。

（1）硝酸盐还原亚铁氧化微生物体系中，存在着化学和生物两种亚铁氧化成矿机制，两种机制同时发生，互相耦合。因此如何解析两种不同的反应机制？如何定量评估两种机制生成矿物沉淀的相对贡献？同位素技术作为一种被广泛应用于元素地球化学循环过程研究的手段，对研究硝酸盐还原亚铁氧化微生物体系的亚铁氧化过程具有重要的应用前景，可能是区分不同亚铁氧化成矿的有效手段。

（2）目前的研究多关注亚铁氧化成矿的最终产物，对矿物生成过程和转化机制缺乏研究。应该从微观的角度进行分析，在简单的矿物表征基础上，结合矿物学、固体物理学等学科，交叉运用多学科知识和手段阐明亚铁-三价铁矿物的产生过程和转化机制。

（3）微生物亚铁氧化的结壳现象对微生物的生长和代谢产生严重的抑制作用，但此类微生物在环境中仍然普遍存在。环境中的多变的亚铁浓度、丰富的有机质、复杂的微生物组成可能是硝酸盐还原亚铁氧化微生物规避结壳的重要机制，这需要我们结合自然环境和实验室研究作进一步的分析。

（4）微生物介导的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿的过程为环境提供了丰富的三价铁矿物，这些矿物具有较高的生物利用性和巨大的比表面积，可以有效促进污染物的降解、重金属的吸附和共沉淀。如何有效利用这些过程和机制进行高效的环境治理需要进一步探索。