土壤中矿物与微生物相互作用对喹啉类化合物转化影响及机理研究

Soil mineral-microorganism interface interactions play important roles not only in the biogeochemical and environmental processes but also in the environmental behavior and fate of organic pollutants in soil. In this project, by using quinolinic compounds, the typical compounds of Nitrogen-heterocyclic compounds and the high efficient degrading bacteria as the study objects, the influence of mineral-microorganism interface interactions on the surface morphology and structure of the mineral and the morphology and growth of the bacteria will be studied by applying interfacial chemistry theory, modern spectroscopy and surface analysis test technology. Then the characteristics and the dominant mechanisms during mineral-microorganism interface interactions will be investigated. The bioavailability, degradation behavior and mechanism of action for the organic pollutants will be studied when soil mineral-microorganism interactions are present in the system. By using compound-specific isotope analysis method, the relative contribution of biotic and abiotic reactions to the transformation of quinolinic compounds in soil will be explored. Upon these results the environmental behavior, influencing factors and mechanisms will be discussed for the organic pollutants during mineral-microorganism interface interactions. This study will be not only very helpful for the comprehensive understanding of the transportation, biotransformation, fates and ecological risk of quinolinic compounds in the soil environment but also very important for the bioremediation of contaminated sites by Nitrogen-heterocyclic compounds.

土壤中矿物-微生物间界面相互作用对于大量的生物地球化学和环境过程具有重要意义，对有机污染物在土壤中的环境行为及归趋具有重要影响。本项目以喹啉类典型含氮杂化合物及其高效降解菌为研究对象，利用界面化学理论、现代谱学及表面分析等技术，研究典型土壤矿物-微生物体系中界面相互作用对矿物表面形态、结构以及对微生物形态和生长的影响，揭示矿物-微生物界面相互作用特征及调控机制，对土壤矿物-微生物相互作用下的有机污染物生物可利用性、降解行为及作用机制开展研究，利用单体同位素分析技术揭示土壤矿物-微生物体系中有机污染物转化的生物和非生物作用的相对贡献，在此基础上对有机污染物在界面体系中环境行为、影响因素及机理进行探讨。该项研究的开展对充分了解喹啉类污染物在土壤环境中迁移转化、归趋及生态风险具有重要帮助作用，同时也对含氮类杂环化合物污染地区的生物修复具有非常重要的指导意义。

微生物-矿物相互作用对于大量的生物地球化学和环境过程如矿物的形成及风化、有机污染物的降解等具有重要意义，目前对土壤矿物-微生物作用下有机污染物的降解转化尤其是作用机制的研究还很不充分。本项目开展了典型矿物与微生物相互作用对喹啉类化合物微生物降解转化性能影响的研究；探索了典型矿物对喹啉类化合物在生长底物存在时喹啉类化合物共代谢转化的影响；揭示了矿物-微生物相互作用下喹啉类化合物微生物可利用性的变化；系统研究了矿物-微生物相互作用过程中环境影响因素对喹啉类化合物降解转化的影响；开展了矿物-微生物相互作用对喹啉微生物降解过程中同位素分馏效应研究,对同位素分馏机制的可能影响进行了探讨。研究结果表明，矿物的存在对异喹啉和2-甲基喹啉共代谢转化没有显著影响。蒙脱土类矿物对4-甲基喹啉的共代谢具有一定促进作用，其中蒙脱土对4-甲基喹啉促进作用最强，高岭土对4-甲基喹啉转化表现出轻微的抑制作用。矿物对6-甲基喹啉的微生物共代谢转化没有显著影响。在有生长底物存在时，矿物的存在对6-甲基喹啉的转化存在一定抑制作用。矿物对8-甲基喹啉共代谢转化表现出不同程度的促进作用。随着底物初始浓度和矿物投加量的增加，高岭土的存在对喹啉的去除效率具有一定的增强作用。当加菌量增加时，高岭土矿物对喹啉降解的促进作用不显著。当矿物投加量、底物初始浓度和菌投加量增加时，钠蒙脱土的存在对6-甲基喹啉的去除具有显著促进作用。矿物（高岭土和钠蒙脱土）的存在增加了菌Q10对酸碱的耐受性，使得菌Q10可以在更宽酸度条件下降解目标化合物。钠蒙脱土及蒙脱土矿物存在时，菌Q10在降解喹啉过程中稳定碳同位素动力学分馏富集因子分别为-1.5‰和-1.9‰。本研究的开展对充分了解矿物-微生物作用下喹啉类污染物在环境中迁移转化及归趋具有重要帮助作用，同时也对含氮杂环化合物污染地区的生物修复具有重要的指导意义。