表面活性劑調控疏水性污染物跨膜過程及分子機制

《表面活性劑調控疏水性污染物跨膜過程及分子機制》是依託杭州電子科技大學，由張棟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：表面活性劑調控疏水性污染物跨膜過程及分子機制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張棟
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

疏水性有機污染物的跨膜傳輸過程是細菌降解有機物的限速步驟，通常會受到脂多糖層等親水結構的阻礙，嚴重製約了生物修復有機污染土壤的效率和套用。本項目以強化疏水性污染物的跨膜傳輸過程為目標，以革蘭氏陰性菌細胞膜疏水性孔道的蛋白質分子界面為研究對象，從分子水平研究表面活性劑-細胞外膜-HOCs的相互作用，表面活性劑對疏水性孔道內C8E4組分的增溶、替換作用，研究表面活性劑與疏水性孔道中高、低疏水基團的選擇性結合及其性質的影響，探討表面活性劑對疏水孔道構象的影響。重點研究表面活性劑對增大疏水孔道外部有效底物濃度、增強內部疏水梯度引導力以及提高橫向出口觸發敏感性的影響及機制，試圖闡明疏水性有機污染物跨膜進入細菌胞內的途徑、表面活性劑強化污染物的跨膜傳輸過程及其分子機制，解決疏水性有機污染物跨膜進入細菌胞內量少速度慢而導致土壤細菌降解有機污染物效率低的問題，為擬定經濟安全高效的土壤修復技術提供科學依據。

結題摘要

疏水性有機污染物（HOCs）的跨膜傳輸過程是細菌降解有機物的限速步驟，是影響生物修復有機污染土壤效率和套用的重要過程，通常會受到菌表吸附的可參與跨膜傳輸的疏水底物濃度、細胞膜透性等因素的影響。本項目旨在通過表面活性劑對細菌遷移活性、菌表吸附調控菌表可參與跨膜的底物濃度，通過與細菌細胞內/外膜的相互作用影響細菌的膜透性，從而促進疏水性污染物的跨膜傳輸。研究發現：（1）表面活性劑可加速細菌在土柱中的遷移，且可降低細菌在土柱中的殘留率，從而提高細菌與污染物接觸可能性。表面活性劑對細菌遷移的促進作用與其濃度和性質相關，1.0和4.0 g/L Tween 80最終平衡洗出細菌量占細菌總量的比例分別為0.74和1.00，均遠高於純水體系的0.412；對細菌遷移活性影響程度順序為Tween 80＞Tween 40＞Tween 20，與其HLB值正相關。（2）得到兩株PAHs降解菌Klebsiella oxytoca和Pseudomonas aeruginosa，均可高效降解、去除菲、苊等典型HOCs。Triton X系列表面活性劑對細菌吸附PAHs表現為濃度依賴，低濃度對吸附係數影響不大， 而高濃度（CMC以上）則顯著降低Kd值；且對Kd的影響與表面活性劑HLB呈負相關。共存污染物（碘、銅、鎘）均會促進細菌對HOC的吸附，重金屬（銅和鎘）主要是通過n-π鍵合起作用，而碘則通過I-C特殊結合其作用。（3）表面活性劑可增加P. aeruginosa的內膜、外膜透性，如8 CMC Triton X-114存在時，P. aeruginosa內膜滲透性是無表面活性劑對照的2.20倍。但對細菌相對電導率的影響不明顯。利用脂質體模擬細胞膜研究HOCs的跨膜擴散，發現表面活性劑可加速和提高脂質體包裹菲的擴散，如Tween 80-皂角苷（1:9）可以協助將脂質體中87%左右的菲擴散出來，遠高於無表面活性劑對照。