《草酸青黴作用下土壤中鉻的形態轉化機制研究》是依託浙江大學，由施積炎擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：草酸青黴作用下土壤中鉻的形態轉化機制研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：施積炎
- 項目類別：聯合基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
土壤鉻污染是我國面臨的突出環境問題之一。將Cr(VI)還原為Cr(III)是土壤鉻污染治理的重要途徑，微生物還原Cr(VI)具有成本低、無二次污染等優點。本課題組在前期研究中篩選出了一株高效Cr(VI)還原真菌草酸青黴菌（Penicillium oxalicum SL2），能適應高鹽、高重金屬等複雜環境，具有良好的套用前景。本項目擬以闡明SL2作用下土壤中鉻的分子形態轉化機制為目標，利用SL2和泥漿反應器構成的試驗體系模擬實際土壤鉻污染修復，套用XAFS和XRF等同步輻射技術聯合電化學技術研究SL2對Cr(VI)污染土壤的耐性及轉化作用，探索土壤中硫酸鹽和鐵離子等因素對SL2耐性和轉化鉻形態的影響，從菌絲體表面基團與鉻的相互作用、Cr(VI)還原功能組分、電子傳遞模式、還原位置與產物歸趨等角度揭示草酸青黴作用下土壤中鉻的分子形態轉化機制，為土壤Cr(VI)污染控制和修復提供理論依據。
結題摘要
微生物修復Cr(VI)污染技術具有成本低、環境友好等優點，可以和傳統的物理化學方法形成互補。本項目以高效Cr(VI)還原真菌草酸青黴菌（Penicillium oxalicum SL2）為材料，通過室內實驗，結合X射線吸收精細結構光譜（XAFS）等技術探究SL2對Cr(VI)的耐性及轉化作用，考察硫酸鹽、鈣離子等對菌株SL2耐性和鉻形態轉化的影響，探究菌株SL2作用下土壤中鉻的分子形態轉化機制。主要發現：（1）Cr(VI)對菌株SL2的最小抑制濃度大於1000 mg/L，Cr(VI)脅迫下菌株SL2的生長規律可用Gompertz模型模擬。低土水配比（2.5%）、分步淋洗及水洗預處理均有利於鉻污染土壤浸出液中Cr(VI)的去除。通過掃描透射X射線顯微技術（STXM）發現生物淋洗後SL2胞內鉻形態主要為與磷酸鉻、草酸鉻鉀、及半胱氨酸結合態鉻（Cr(III)-Cys）相似的物質。（2）硫酸鹽的添加促進了菌株SL2的生長，加速了Cr(VI)還原，通過X射線近邊吸收結構譜學（XANES）分析發現，SL2菌絲體內產生半胱氨酸、谷胱甘肽等物質，提高了Cr(VI)去除效率。鈣離子可通過維持細胞壁的完整性減小Cr(VI)對SL2細胞的損傷。（3）菌株SL2主要通過產生草酸等有機酸代謝物間接還原Cr(VI)，此外，SL2菌絲體表面可吸附少量的Cr(VI)，其表面的羥基、氨基、羧基等官能團參與了菌株SL2與Cr(VI)的相互作用。通過XANES分析發現，菌株SL2體內的鉻元素形態在初期主要為Cr(III)-Cys和磷酸鉻，隨後向草酸鉻鉀轉化。Cr(VI)脅迫下菌株 SL2有機酸代謝、能量代謝、應激反應和DNA修復等基因差異表達，其耐Cr(VI)分子機制主要體現在能量調控、鉻離子轉運調控、信號通路調控和氧化還原作用四個方面。研究成果為土壤鉻污染控制和修復提供理論依據。
