好氧砷还原菌Pantoea sp.IMH对吸附态砷迁移转化的调控机理

Microbial regulation mechanism in arsenic transformation is the key issue in arsenic biogeochemical cycle study. Aerobic arsenic reducing bacteria play an important role in the arsenic transformation. However, the specific mechanism is still not well understood. Is it consistent with the regulation mechanism of the participation of the anaerobic arsenic reducing bacteria? Could the reduction by aerobic microbes also promote the release of adsorbed arsenic into aqueous phase? What is the specific process to determine the fate and transformation of arsenic? These scientific problems still need to be solved. Thus, in our proposal, we choose aerobic arsenic reducing bacteria as the regulator, typical metal oxides (ferrihydrite, aluminum oxide, and titanium dioxide) and clay minerals (arsenic contaminated soil) as environmental media. First, the adsorption and desorption characterization on metal oxides will be investigated. Then, mutant of arsenic reduction gene will be constructed. We aim to investigate the regulation mechanism of arsenic transformation by aerobic arsenic reducing bacteria through the novel approach of interfacial reaction process (arsenic-bacteria-mineral) with the comprehensive utilization of chemical analysis, molecular biology, and synchrotron-based spectroscopy technologies. This work will shed new light on clarifying the key role of aerobic arsenic reducing bacteria in arsenic biogeochemical cycle. In addition, the results are of important theoretical significance and practical value for the remediation of arsenic contaminated soils.

微生物调控砷迁移转化机制是砷生物地球化学循环研究中的关键科学问题。好氧砷还原菌作为调控砷迁移转化的重要种群在其中发挥了关键作用，但其调控机制至今仍不明确。它与厌氧砷还原菌参与的调控机制是否一致？好氧的砷还原作用是否也能促进吸附态砷的释放而增加砷的浓度？其调控砷迁移转化的具体过程又是如何？这些问题都有待回答。基于此，本项目以好氧砷还原菌为切入点，综合利用化学分析、分子生物学、同步辐射技术、光谱表征等多种手段，选择典型的金属氧化物（水铁矿、氧化铝、二氧化钛）与粘土矿物（砷污染土壤）为环境介质，首先研究不同价态砷在环境介质上的吸附与脱附特征；其次构建砷还原控制基因突变株，最终从砷-菌-矿物三个体系的界面反应过程角度探寻好氧砷还原菌调控不同形式吸附态砷迁移转化的过程及机制，旨在揭示好氧砷还原菌在砷生物地球化学循环中的重要意义，同时该项目的开展对于砷污染土壤修复的研究具有重要的理论意义与实践价值。

微生物调控砷迁移转化机制是砷生物地球化学循环研究中的关键科学问题。好氧砷还原菌作为调控砷迁移转化的重要种群在其中发挥了关键作用，但其调控机制至今仍不明确。它与厌氧砷还原菌参与的调控机制是否一致？好氧的砷还原作用是否也能促进吸附态砷的释放而增加砷的浓度？其调控砷迁移转化的具体过程又是如何？这些问题都有待回答。基于此，本项目以好氧砷还原菌为切入点，综合利用化学分析、分子生物学、同步辐射技术、光谱表征等多种手段，选择四种吸附剂水铁矿、氧化铝、二氧化钛与生物炭为环境介质，首先研究不同价态砷在环境介质上的吸附与脱附特征；其次从砷-菌-矿物三个体系的界面反应过程角度探寻好氧砷还原菌调控不同形式吸附态砷迁移转化的过程及机制，旨在揭示好氧砷还原菌在砷生物地球化学循环中的重要意义。该项目研究结果表明四种吸附态砷的最大吸附量呈现出：生物炭>水铁矿>TiO2>Al2O3；最高脱附率为：生物炭> TiO2>Al2O3>水铁矿；脱附贡献为：砷还原作用≈代谢物 >菌体（水铁矿、TiO2体系）；砷还原作用的影响大小为：水铁矿>TiO2>Al2O3≈生物炭。此研究结果对于高砷处理后的二次污染风险评价有重要的科学意义，明确指出在这四种砷处理方式中，水铁矿-吸附态砷为二次污染风险较小的处理方法。而生物炭则为风险最大的处理方法。