磁铁矿介导沉积物中多环芳烃（PAHs）降解及微生物作用机制

作     者：王鸿洋 尤佳 晏再生 江和龙 叶华香 

作者机构：哈尔滨师范大学地理科学学院 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全重点实验室 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室 东南大学土木工程学院 

出 版 物：《中国环境科学》 (China Environmental Science)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：07[理学] 08[工学] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

基　　金：国家自然科学基金(编号41977361,41671496) 江苏省基础研究计划自然科学基金(编号BK20220043) 哈尔滨师范大学研究生创新科研项目(HSDSSCX2022-109)资助 

主　　题：磁铁矿 多环芳烃 生物降解 电子传递 

摘      要：在地表环境中，磁铁矿(Fe3O4)可以作为微生物胞外呼吸的电子受体及供体，或者种间电子传递介质促进有机污染物的微生物降解，被逐渐应用于水体污染修复领域. 磁铁矿在矿物—微生物之间的相互作用发挥着极其重要的作用. 然而，不同形态的磁铁矿如何影响沉积物中PAHs的生物降解尚不清楚. 本文通过制备的两种不同形态的磁铁矿(纳米Fe3O4和微米Fe3O4)，对不同形态磁铁矿介导下沉积物中PAHs的生物降解影响进行了探究. 在有氧条件下，纳米Fe3O4和微米Fe3O4未明显降低沉积物PAHs总含量. 为进一步探究在不同氧化还原条件下磁铁矿对PAHs的厌氧生物降解影响，以菲为目标污染物，通过富集和培养沉积物中的相关降解菌群落，在不同氧化还原条件下投加两种形态的磁铁矿进行培养实验，发现投加Fe3O4在一定程度上促进了菲的厌氧生物降解. 在没有外加电子受体的条件下微米Fe3O4能显著促进菲的降解，而在硫酸盐或硝酸盐处理组中纳米Fe3O4对菲降解的促进效果更显著. 电子传递体系（ETS）活性结果表明，投加Fe3O4可以显著提高微生物呼吸活性. 微生物群落结构表明，投加Fe3O4增加了芳香化合物降解菌Hydrogenophaga及Ignavibacterium的丰度；相对于微米Fe3O4，纳米Fe3O4提高了PAHs降解菌Achromobacter和Ensifer的丰度。另外，纳米Fe3O4可能通过释放更多的Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）来介导微生物间的电子转移. 这些结果有助于深入理解磁铁矿在有机污染物生物降解过程中的重要作用，为污染沉积物修复提供了一种潜在的应用方法.