可吸入矿物细颗粒与常见菌的近尺寸作用研究

通过对人工和天然可吸入矿物细颗粒（IMG）自由基、污染吸附、浸出等环境学行为特性研究，探明IMG/单、多菌种微粒相互作用机制，分析矿物颗粒物的尺寸、界面作用过程中IMG表面形态、表面电性、表面基团、矿物表面吸附、元素变价与迁移、相变、表面结构重组、溶解及自由基种类和数量随时间的变化等；分析菌体吸着、诱导结晶、指标性酸、酶、糖含量变化，对微生物氧化损伤、Amest等致突变性的体外生物效应研究；分析常见微生物的细胞膜结构和核物质代谢的影响，进而探明超细IMG及附着物的微生物活性特征表达、界面特征与生物膜相互作用产物，建立颗粒界面/微生物膜体系毒性模型。该研究对大气超细矿物微生物的生物迁移、吸附、表面生物改性行为，IMG危害及毒理风险的合理评价，制定科学的空气质量标准，风运细颗粒物成因与生物古环境信息探取，IMG的微生物/气/固在生物冶金、土壤活化协同作用与飞行器内生物防护等有重要意义。

以形态、共存关系及空气动力学行为上具高关联度的大气可吸入矿物细颗粒（IMG）与常见菌为研究对象，针对二者作用过程中环境行为和生物效应的分异变化问题，开展IMG的环境行为，IMG/微生物体系自由基释放规律、生物活性，IMG界面与微生物膜（界/膜）的区域表面物理化学作用与膜生物化学作用过程的研究。我国IMG中主要矿物相为石英、方解石、钠长石、云母和蒙脱石，呈现南北地域差异，北方石英相含量占51%以上，南方以方解石相为主。找到了适合IMG液相释放自由基的荧光素试剂检测方法，矿物相对IMG液相自由基释放起主导作用，呈现剂量和时间效应；重金属（如Pb2+、Cd2+）附着、有机/无机酸（如Vc）浸蚀、盐（如(NH4)2SO4、NH4Cl）处理等均干扰自由基的释放，自由基作用靶点主要位于生物膜的膜蛋白膜脂进而造成细菌氧化损伤。氨基酸分子借助阳离子交换和端面吸附两种方式吸附于IMG表面。IMG的作用引起蛋白和磷脂分子β-sheets、α-helices结构变化。IMG与大肠杆菌和表皮葡萄球菌的键合位点分别主要位于壁膜磷酸二酯和蛋白酰胺基团，共载重金属IMG与微生物壁膜的键合方式异于IMG。计算模拟研究表明，磷脂、蛋白质等生物分子可通过非价键作用吸附于蒙脱石和石英表面，与其表面的Al、O等发生电子传递，影响磷脂分子的扭转力而破坏其结构。IMG及污染IMG致使受体细胞内活性氧（ROS）升高，菌体正常的能量物质代谢（LDH、ATP、ALP、SDH）和氧化还原平衡（MDA、SOD、GSH）异常，但以不同方式载带重金属的IMG对微生物的作用因元素种类、作用剂量发生拮抗或协同毒性效应，并在低剂量组出现毒性兴奋现象。微生物胞外产物促进IMG溶蚀、结构塌陷、晶型转变，并参与溶出Ca2+重结晶，其中以有机酸对IMG结构、形态的影响尤为显著。已发表SCI论文33篇、EI论文16篇，主办、参加国内外会议共25次，参会人员达88人，大会报告达23次。项目的研究成果对可吸入颗粒物的环境安全性评价、细颗粒物的卫生标准和环境标准的制定、微生物矿物改性、生物冶金等研究提供数据支持，具有重要的科学意义。