Cr(VI)还原菌还原Cr(VI)的细胞转化机理及还原产物在土壤中的迁移、转化行为研究

将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)是降低铬污染危害的关键。用微生物还原解毒Cr(Ⅵ)具有成本低、无二次污染等优点，研究微生物还原Cr(Ⅵ)的相关机理及其还原产物的迁移转化规律对铬污染的有效治理具有重要意义，而目前在这方面缺乏系统、深入地研究。本项目拟对Cr(Ⅵ)还原菌还原解毒Cr(Ⅵ)过程中的电子传递模式、铬元素在细胞中的动态转化过程、还原产物Cr(Ⅲ)在细胞结构中的分布特征及络合性质等进行研究，对菌体细胞内Cr(Ⅵ)还原酶进行分离提纯，研究相关功能酶还原Cr(Ⅵ)的作用机理，从细胞生物学角度深入揭示微生物还原转化Cr(Ⅵ)的机理并用以指导Cr(Ⅵ)生物还原过程的优化调控，为Cr(Ⅵ)生物还原效果的有效提高提供理论基础；对还原产物在土壤中的吸附性和氧化性、形态分布特征和纵向分布特征进行研究，考察土壤理化性质对还原产物在土壤中迁移、转化行为的影响，为采取有效措施控制环境中铬污染的危害提供科学依据。

将毒性较强的Cr(VI)还原为毒性甚小的Cr(III)是降低铬污染危害的关键，微生物对Cr(VI)的还原作用受到广泛关注，而关于微生物还原转化Cr(VI)的生物学机理尚缺乏深入认识。本项目针对微生物还原解毒Cr(VI)的生物学机理问题，筛选获得了具有抗Cr(VI)性能的高效还原菌，从Cr(VI)胁迫下还原菌的胞外胞内响应特征、还原过程中的细胞作用机理及还原产物特性等方面开展了系统研究。取得的主要研究结论和成果如下：（1）Cr(VI)胁迫下还原菌细胞响应机制研究表明，菌体的细胞形态结构、生长规律和胞内氧化应激水平均对Cr(VI)作出响应，黑曲霉通过胞内的抗氧化系统提高Cr(VI)耐受性。（2）还原菌去除Cr(VI)的效果及影响因素方面，研究、确定了邻二氯苯共存条件下粘质沙雷氏菌还原Cr(VI)的最佳条件，Cr(VI)还原受到邻二氯苯的抑制；生物炭与简青霉结合能增加参与吸附的活性位点，提高Cr(VI)去除率；酒石酸钠改性平菇真菌效果明显，增加了菌体表面的羧基和氨基，Cr(VI)去除率提高2-2.5倍。（3）Cr(VI)还原酶的作用特性研究表明，黑曲霉细胞内存在Cr(VI)还原酶促机理，还原酶主要存在于胞内溶解性细胞质中，对Cr(VI)具有较好的还原活性。（4）还原菌细胞作用机理及还原产物特性分析表明，菌体还原Cr(VI)同时对铬产生吸附、富集作用；菌体细胞表面的–OH、C=O、–CH等官能团在还原去除Cr(VI)过程中起着重要作用，但不同菌体起作用的官能团存在差异；还原产物Cr(III)并未全部被菌体吸附或沉淀，而有部分以溶解态存在。（5）根据还原菌还原、去除Cr(VI)的作用特征和机理，提出菌体还原转化Cr(VI)的基本模式和过程，包括两个过程，一是Cr(VI)在细胞表面吸附并渗透进入胞内，通过酶促作用还原为Cr(III)并在胞内聚集，二是Cr(VI)在胞外被培养基或细胞代谢分泌物还原为Cr(III)，与细胞表面官能团结合并在细胞表面沉积。