微生物-矿物相互作用:机制与重金属固定效应

微生物-矿物相互作用是地表中最基本的地球化学过程,影响着重金属的迁移转化与生态效应.重金属胁迫下,微生物演化出了一系列适应机制,改变着矿物的表面反应活性,而矿物反过来刺激着微生物的分泌活动.在两者的协同作用下实现了对重金属的钝化.本文综述了微生物-矿物相互作用机制,并重点总结了微生物-硅酸盐矿物、微生物-铁矿物体系中微生物和矿物的协同作用对重金属的固定机制.微生物与矿物之间的作用机制主要包括生物力学和生物化学作用.一些真菌、放线菌能利用菌丝沿着矿物晶面、解理、裂缝和晶界,在纳米尺度上对矿物进行穿插、挤压、剥蚀等生物力学作用,甚至形成矿物隧道化.而大多数微生物主要通过分泌铁载体、有机酸以及氧化还原作用改造矿物.两者相互作用改变着矿物表面及微生物活性,影响着重金属的形态.微生物-硅酸盐矿物体系主要通过提高固有活性位点利用率,增加额外吸附位点,改变与重金属的作用方式,影响矿物或微生物内部分散性,破坏矿物的结构,改变微生物的分泌活动等方式实现重金属的钝化.而微生物-铁矿物体系则主要通过加速电子转移的方式促进变价金属向低毒或无毒形态转变.期望本综述能为微生物-矿物联合修复重金属污染提供理论支持.

不同比例黄铁矿对嗜酸微生物-辉锑矿相互作用的影响研究

针对辉锑矿(Sb_2S_3)的嗜酸微生物溶解过程,研究不同比例黄铁矿(FeS_2)对嗜酸微生物-辉锑矿相互作用的影响。结果表明,微生物群落门水平丰度最高的为变形菌门(Proteobacteria),是主要的锑耐受菌;属水平丰度最高的为嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus),是酸性矿山环境的代表性优势属。SEM-EDS结果表明,微生物作用体系中,Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1和1∶2时,矿物残渣表面发现较多腐蚀坑及细微颗粒,且Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1时矿物界面反应更强。XRD和XPS结果表明,FeS_2促进了嗜酸微生物对Sb_2S_3的氧化分解及硫的氧化。Tafel极化曲线和交流阻抗结果表明,Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1时微生物作用体系腐蚀电流密度最大,电荷转移阻抗最小。结果对理解锑矿区锑的迁移转化和环境归趋,进一步促进锑污染治理技术的发展具有重要意义。

山东沂南东部土壤-玉米系统重金属元素与其他元素间相互作用及其生物有效性研究

在沂南县东部地区重金属元素高的背景状态下,为研究土壤-玉米系统中重金属元素和与人体健康关系密切的微量元素间的相互作用及其生物有效性,在研究区采集了50件玉米籽实及其根系土土壤样品。通过样品中重金属元素和微量元素含量分析,统计其含量及富集特征,探讨了玉米籽实及其根系土土壤中各元素间的相互关系。通过玉米根、茎、叶、籽实中重金属元素含量及根系土土壤中重金属元素形态分析,总结了玉米根、茎、叶、籽实以及根系土土壤中重金属元素的分布规律并对玉米籽实进行了安全性评价。结果显示:①各元素含量在玉米根系土土壤和玉米籽实中差异明显,玉米籽实中元素富集系数间多呈显著-极显著正相关;②玉米籽实中As、Ni、Se含量与土壤中元素含量多呈拮抗作用,玉米籽实中元素含量间多呈协同作用;③Cu、Zn、Cd、Hg主要富集于叶中,Cr、Pb、Ni、As主要富集于根中,除1件玉米籽实样品外,其他样品均符合绿色、无公害等相关标准,研究区玉米籽实安全性较好。研究成果可为农业高质量发展、土壤污染综合治理提供支撑。

蚯蚓-微生物互作调控重金属污染土壤生态系统研究进展

土壤重金属污染是一个全球性环境问题,对生物生存和生态系统可持续发展造成了巨大威胁。生物互作调控重金属污染成为研究热点。阐述了蚯蚓-微生物对土壤重金属的协同作用以及重金属胁迫下蚯蚓-微生物互作影响凋落物分解、土壤碳氮循环、植物生长进而调控土壤生态系统的研究进展,为重金属污染土壤的生物修复提供参考途径。

黄色黏球菌/铜绿假单胞菌-离子型稀土矿相互作用比较研究

以稀土矿区环境中常见的黄色黏球菌和铜绿假单胞菌为对象,比较研究这两种细菌及其发酵液与离子型稀土矿相互作用过程中的溶液行为;利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和傅里叶红外光谱等手段分析作用前后细胞和矿物相的形态、结构、稀土元素分布和官能团变化。结果表明,黄色黏球菌、铜绿假单胞菌对稀土矿物作用过程具有一定差异性,在溶浸稀土矿过程中,铜绿假单胞菌直接作用体系相比发酵液间接作用体系溶浸稀土离子效果更好,而黄色黏球菌直接作用体系弱于发酵液间接作用体系。此外,稀土矿物的存在可以促进黄色黏球菌脂质和蛋白组分的分泌,抑制其多糖组分的分泌,而对铜绿假单胞菌,稀土矿物的存在对脂质和蛋白组分分泌影响较小,但促进了多糖组分的分泌。

微生物与重金属间的相互作用及其应用研究

从多方面阐述了微生物与重金属二者间相互作用 ,指出微生物在生长代谢过程中能淋滤、吸收和转化重金属 ,对重金属有一定的抗性和解毒作用 ;但是 ,一定浓度的重金属对微生物过程及其种群具有较大的毒性 ,影响微生物在环境介质中的活动 .矿业工程生产工艺已充分利用微生物能淋滤、吸收和转化重金属等特性来处理低品位难浸矿石 .环境保护领域也积极利用微生物对重金属的抗性和解毒作用来实现工业废弃物的处理以及被重金属污染土壤的修复 .利用微生物的生物量及其活性可以评价环境中不同介质的重金属污染水平 .

丛枝菌根真菌与重金属的相互作用对玉米根际微生物数量和磷酸酶活性的影响

以玉米为供试植物 ,研究了砂培条件下不同丛枝菌根真菌 (Acaulosporalaevis,Glomuscaledonium ,Glomusmanihotis)与不同浓度重金属 (铜和镉 )的相互作用对菌根侵染率、孢子数、根际微生物数量和磷酸酶活性的影响 .在不同浓度的铜和镉中 ,G .caledonium的侵染率均最高 ,且随重金属浓度的增加而变化较小 ,而它的孢子数在这 3种接种处理中最低 .低量的铜 (0 .0 5mg/kg)可显著地减少不接种、接种A .laevis和G .manihotis的细菌数量 ,却能显著地增加接种处理的真菌数量 .当溶液中铜的浓度大于 0 .2mg/kg时 ,接种处理的真菌数量小于不接种处理的真菌数量 .铜或镉的浓度不同时放线菌数量均有接种远大于不接种 ,其中接种之间放线菌数量相差不大 ,且随重金属浓度增大而变化较小 .无论是不同浓度的铜还是不同浓度的镉的接种处理常有利于增加磷酸酶活性 .重金属浓度低时 ,细菌和真菌数量、磷酸酶活性变化较大 ,高浓度时变化较小 .图 7参

水生生态系统中的微生物—金属相互作用

阐述了水生生态系统中的微生物—金属相互作用的３种基本形式，即胞内相互作用，胞表相互作用和胞外相互作用；论述了微生物在水生生态系统中有毒金属的迁移和循环模式中所起的重要作用。

金属氧化物与微生物相互作用及其在能源环境领域的应用

近年来,随着太阳能被引入微生物燃料电池领域,微生物电化学-光电化学协同产电、产燃料或净化环境的技术成为研究热点。太阳能转化的常用媒介是金属氧化物,探究其与微生物间的相互作用对认清协同机理、提高体系效率等方面有重大意义。综述了不同类型的金属氧化物-微生物相互作用的研究工作,包括微生物-金属氧化物间物理吸附作用、微生物对金属氧化物的矿化和风化作用、微生物-金属氧化物协同产电产燃料系统、金属氧化物光催化杀菌以及光电-微生物电化学协同治理有机污染物或重金属污染,提出了更高效的微生物电化学-光电化学体系的构建方法,为微生物-光催化材料协同体系的实际应用提供帮助。

重金属与土壤微生物的相互作用及污染土壤修复

阐述了微生物与重金属间的相互作用 ,指出土壤重金属污染影响微生物活性、生物量 ,且重金属对微生物具有一定的生态毒性。可通过微生物的氧化 还原作用、生物吸附富集和溶解作用 ,达到修复重金属污染土壤的目的。

催化剂中金属与载体相互作用的表征研究进展

负载型催化剂是低碳催化转化领域重要的一类催化剂,金属-载体相互作用广泛存在于负载型催化剂中。这种相互作用会显著影响催化剂的物理结构和电子结构,进而既可调控活性金属的催化活性和稳定性,又可达到金属-载体协同催化的效果,促进低碳烃类、醇类等的选择性催化转化。因此,研究金属-载体相互作用对催化剂优化和催化机理的深入探究都有十分重要的意义。基于非原位和原位表征技术,从静态性质和动态性质两个方面,综述了金属-载体相互作用的表征研究进展。通过非原位表征技术,如高分辨电镜、振动光谱、X射线谱学和电子顺磁共振谱等,可以表征金属与载体之间的物质输运、电荷偏移等情况;通过原位表征技术,如原位红外、原位X射线谱学和原位电子顺磁共振等,可以表征金属-载体相互作用的强弱变化、反应过程中催化剂的界面结构和组分变化以及动态电荷转移的过程等。

微生物与重金属的相互作用

从多方面概述了微生物与重金属的相互作用；重点描述了微生物对重金属的抗性和解毒作用，最后介绍了该研究领域发展前景。

无托槽隐形矫治器与固定矫治器对口腔正畸治疗患者口腔微生物菌群和龈沟液sICAM-1、MMP-8水平的影响

目的探究无托槽隐形矫治器与固定矫治器对口腔正畸治疗患者口腔微生物菌群和龈沟液可溶性细胞间黏附分子-1(sICAM-1)、基质金属蛋白酶-8(MMP-8)水平的影响。方法前瞻性纳入2020年2月至2023年3月在山西省儿童医院接受正畸治疗的106例患者为研究对象,按照随机数字表法对患者分为对照组和研究组,每组各53例。对照组采用固定矫治器,研究组采用无托槽隐形矫治器。比较两组患者矫正前和矫正后3个月口腔微生物菌群情况(卟啉单胞菌、具核梭杆菌、福塞斯坦氏菌和中间型普里沃菌)、牙周健康情况(牙龈指数、龈沟出血指数、菌斑指数及龈沟探诊深度)、龈沟液sICAM-1和MMP-8水平、患者满意度及并发症情况。结果矫正后3个月,两组各菌群水平均较矫正前升高,但研究组卟啉单胞菌、具核梭杆菌、福塞斯坦氏菌、中间型普里沃菌水平分别为0.29±0.06、0.33±0.06、0.33±0.08、0.27±0.06,均低于对照组(0.35±0.07、0.44±0.08、0.45±0.09、0.37±0.09),差异均有统计学意义(P<0.05)。两组组内矫正后3个月的牙龈指数和龈沟探诊深度与矫正前比较,以及组间矫正后3个月的牙龈指数和龈沟探诊深度比较,差异均无统计学意义(P>0.05);两组矫正后3个月的龈沟出血指数及菌斑指数均较矫正前升高,且研究组出血指数及菌斑指数分别为(0.65±0.06)、(0.99±0.12)分,均低于对照组[(0.72±0.08)、(1.23±0.15)分],差异均有统计学意义(P<0.05)。矫正后3个月,两组龈沟液sICAM-1水平均较矫正前升高,MMP-8水平均较矫正前降低,研究组龈沟液sICAM-1、MMP-8水平分别为(166.26±21.02)、(22.12±3.39)ng/mL,均低于对照组[(178.52±23.05)、(26.77±4.12)ng/mL],差异均有统计学意义(P<0.05)。研究组患者矫正后3个月的咀嚼、固定、美观、舒适性、方便程度、言语功能的满意度均高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。研究组患者牙龈红肿、牙龈萎缩、局部拥挤等总并发症发生率为7.55%,低于对照组(22.64%),差异有统计学意义(P<0.05)。结论相比固定矫治器矫正,采用无托槽隐形矫治器矫正对口腔微生物菌群和龈沟液中sICAM-1、MMP-8水平具有积极影响,能够提高患者的满意度,降低牙周疾病的发生。

Pd基MoO_(x)催化剂中金属与载体的相互作用及其对Heck反应的影响

钯(Pd)催化的Heck反应是合成中构建碳-碳键的有效方法之一。金属-载体相互作用(MSI)对于非均相催化剂在某些工业过程中由于金属活性位点暴露或堵塞而显著提高或降低催化性能具有重要意义。本文合成了Pd基MoO_(x)催化剂,利用XRD、XPS、Raman等表征研究了在不同氧化还原处理条件下,钯纳米粒子与氧化钼层的金属-载体相互作用(MSI)在碘苯和丙烯酸甲酯的Heck反应中的性能影响。研究发现Pd/MoO_(3)在氢气条件下的部分还原导致MoO_(x)物种迁移到Pd-NPs的表面并形成包封结构,涂层可能通过空气煅烧重新暴露,MSI导致Pd/MoO_(3)在Heck反应中的催化性能降低。本研究证明了平衡金属-载体相互作用在实际催化剂设计中的重要性,以实现贵金属催化剂在催化Heck反应中的更高利用率。

重金属对畜禽肠道微生物及其健康的影响

重金属污染会危害机体健康,重金属(铅、镉、砷和铬)进入机体后,诱导肠道微生物的结构和丰度发生变化,降低机体肠道有益菌的丰度,增加有害菌的丰度,同时会降低肠道微生物有益代谢产物的浓度。因此,预防重金属进入机体和重金属进入机体后的清除显得尤为重要。外源性补充益生菌可调节因重金属暴露而紊乱的肠道菌群,恢复菌群正常比例,维护肠道屏障功能,进一步阻止重金属诱发的其他器官毒性。文章对重金属的来源、重金属对畜禽的危害和重金属与肠道微生物的关系进行了综述,为畜禽重金属的污染预防和清除提供理论基础。

利用金属-自由基相互作用调控自由基的定向转化

近年来光催化研究的兴起极大地促进了传统自由基化学的发展.在光照下,被激发的光催化剂会与底物发生电荷转化,从而在非常温和的条件下产生自由基中间体.自由基物种非常活泼,可快速地发生各类C–C偶联或者断键反应,但自由基的高活性同时意味着难以实现其可控的转化.特别是在多相光催化体系中,实现自由基物种的定向转化仍非常困难.光照条件下,半导体光催化剂的光生电子或空穴可以活化底物产生各种活泼的自由基物种,但往往在随后的自由基转化反应中扮演着旁观者的角色.即产生的自由基中间体可以自由地扩散和反应,它们会彼此碰撞发生自由基-自由基偶联反应,与表面活性氢物种反应,或者进一步被氧化为相应的碳正离子进而转化为一系列复杂的产物.因此,多相光催化剂表面不受控的自由基反应限制了其在很多重要领域(例如合成化学以及生物质转化等)的进一步应用.本文提出在半导体催化剂表面构建特定的金属位点,利用金属-自由基相互作用来调控在半导体表面产生的自由基物种的定向转化.以苯乙酸在金属/TiO_(2)催化剂上的光催化脱羧为模型反应进行研究.光照条件下,苯乙酸在TiO_(2)上被光生空穴氧化发生脱羧反应,产生苄基自由基.若该自由基物种能被稳定在负载的金属颗粒表面,就会优先与金属上光生电子还原质子产生的活性氢物种反应,选择性地生成甲苯,否则将会自由地碰撞反应,得到联苄和甲苯的混合物.结果表明,Pd/TiO_(2)能高选择性地催化苯乙酸脱羧产生甲苯,得到与其它金属/TiO_(2)催化剂截然不同的产物分布.同时,利用瞬态吸收光谱可原位地观测产生的苄基自由基在金属/TiO_(2)催化剂上转化.研究发现,苄基自由基的Pd/TiO_(2)催化剂上的转化遵循准一级的反应动力学行为,而非完全自由的自由基转化路径.基于以上结果,推测Pd纳米颗粒能够将在TiO_(2)上产生的自由基稳定在其表面,并调控自由基的后续转化.DFT计算表明,Pd与自由基物种存在强电子相互作用,使其对自由基具有很强的亲和力.这种强金属-自由基相互作用为高效自由基转化体系的设计提供了可能.在催化剂表面构建特定的金属位点,例如Pd纳米颗粒,可将在半导体光催化剂上产生的自由基物种稳定在表面,避免其发生无序的自由基反应,同时进一步修饰金属位点,即可促进表面稳定的自由基物种的定向转化.

植物-微生物联合修复重金属的研究进展

重金属污染严重威胁到农作物安全和人体健康。植物修复重金属污染方面已有大量研究,其中植物-微生物联合修复被认为是改善重金属含量的一种有效方法。就近年来植物-微生物联合修复重金属的机理进行了评述,总结了近5年植物-微生物联合修复应用于重金属污染的研究。植物与微生物的协同作用,微生物与植物间形成联合体可以在很大程度上减轻环境对植物的影响。此外,微生物通过提高植物的抗性、降低重金属毒性、促进植物生长等方式增强植物修复重金属的能力。由于污染环境的复合性和复杂性,未来植物-微生物-金属相互作用的分子机制研究和开发植物-微生物联合修复的新技术开发将会成为重点。

土壤重金属污染的微生物-植物联合修复技术研究进展

微生物-植物联合修复技术具有环境友好、成本低、强化植物修复效果、原位修复,美化环境等优势,其在修复土壤重金属污染领域中具有巨大潜力,成为该领域的研究热点.土壤中菌根真菌、根瘤菌、植物内生菌、根际微生物可与植物建立良好的共生关系,在重金属胁迫下,促进植物生长,增强植物对重金属的抗性,提高植物对重金属的提取或固定率,进而强化植物的修复效果.笔者系统阐述微生物-植物联合修复技术的形式种类、作用机制、问题及展望,旨在为治理土壤重金属污染提供新思路.

根系分泌物介导的植物-微生物相互作用

陆生植物所经历的一系列最复杂的化学、物理和生物相互作用是发生在根与其周围土壤环境(即根际)之间的.在特定环境下,植物通过根系的不同部位释放到根际环境中的有机物质的总和被称为根系分泌物,植物与土壤微生物之间的相互作用主要是由根系分泌物介导的.本文介绍了植物根系分泌物的主要成分、渗出方式,以及其介导的植物-微生物的正负相互作用,为未来开发和利用根系分泌物提高农作物的产量提供参考.

Au/CeO_(2)中强金属-载体相互作用的形貌效应

以Au/CeO_(2)为研究对象,通过构建不同形貌的CeO_(2)载体来研究强金属-载体相互作用(SMSI)的形貌效应。分别以纳米立方块和纳米棒作为载体,通过高分辨(扫描)透射电子显微、光电子能谱、氢程序升温还原等一系列表征方法揭示了CeO_(2)纳米立方块表面更易发生质量传输并形成CeO_(2-x)包覆层。此包覆层大幅抑制了催化剂对小分子气体的吸附能力,并减少了催化活性位点的暴露,对探针反应(丁二烯选择性催化加氢)的催化活性影响显著。以上研究结果表明CeO_(2)纳米立方块比CeO_(2)纳米棒更易构建SMSI体系。