载镉Cd(Ⅱ)超细高硅钙质大气矿物颗粒物对大肠杆菌的联合氧化损伤作用

<正>矿物细颗粒是大气颗粒物的重要组成成分,而人体长期暴露在大气环境中,矿物细颗粒和人体正常微生物个体在形态、共存关系和空气动力学行为上均有高关联度[1]。现今关于颗粒物损伤机理的研究是当前大气颗粒物生物效应研究的热点话题之一,而自由基所产生的氧化损伤是最为普遍接受的致毒机制[2]。目前国内外对载重金属大气矿物颗粒物的生物效应及损伤机理的研究较少。本研究以大气颗粒物中的主要矿物成分石英、方解石为实验材料,以大气颗粒物中的主要重金属Cd(II)为环境污染物,制备不     

超细高硅钙质大气矿物颗粒物的表皮葡萄球菌动态界面作用

<正>矿物粉尘是大气颗粒物的重要组成部分,与心血管和呼吸系统空气污染疾病密切相关。PM2.5及更细的纳米颗粒物(NPs)已成为国际大气污染研究领域的热点和前沿。矿物粉尘导致病变的生化过程均发生在矿物表面或附近,而其中关键因素是矿物晶胞的界面,通过其界面特性、化学性质和成分、带电性、力学性和尺寸大小来对生物系统施加影响[1]。目前国内外对PM2.5以及更细的颗粒物如纳米物质的生物效应、颗粒物-生物体系界面作用特征等的研究较少。本文采用SEM、FTIR和ICP-AES等手段研究     

大气矿物质PM10～2.5生物活性与生态毒性效应研究进展

介绍了构成空气污染的最主要来源大气矿物质颗粒物PM10～2.5。通过分析PM对生物体内细胞的各种生化作用、自由基及尘载微生物毒性的研究,结合动物实验和流行病学调查,阐述PM的危害机理。指出目前对PM2.5以及更细的颗粒物如纳米物质的生物活性与效应研究较少,未把PM自身特性的生物响应纳入研究内容,尚未建立细颗粒物对生物机体(如微生物和低等植物)危害的总体结果与评价;今后应从界面反应等多因子重点揭示其毒理学机理,以多学科对PM生物活性和生态毒性进行深入研究。     

大气微纳米颗粒物界面反应与矿物协同演化意义

综述了大气气溶胶颗粒物的特征、颗粒物的界面反应与矿物协同演化意义;重点介绍了大气颗粒物粒径分布和矿物成分,以及常见有毒有害气体的界面反应产物特征与关键化学过程;总结了矿物颗粒在大气气溶胶形成过程中汇聚、调控、催化的作用,以及颗粒物与大气中SO₂、NO_x的协同反应机制;分析了微纳米颗粒对二次有机气溶胶形成的影响,以及大气矿物相颗粒界面反应产物组合及协同演化作用.可为进一步研究大气颗粒物与大气中痕量污染气体反应形成二次气溶胶进而影响大气化学组成的过程提供指导,对深入探讨大气矿物颗粒表面特性在复合污染物中多介质反应的微界面化学过程,矿物尘-污染物气溶胶体系在雾-霾形成、转换、新生粒子和阻断行为的复合作用具有重要的环境学意义.      

环境矿物学：矿物学在环境科学研究中的应用

矿物学在环境科学中的应用将是21世纪矿物学研究的一个主要方面。 作者所在实验室曾做过的一些环境矿物学研究的实例有：核废料的处置,矿物表面性质的研究,对有毒金属的还原和固定作用的微生物效应,大气烟尘微粒的研究,矿物表面阳离子的本征吸附常数之理论计算,等等。矿物-水-微生物体系在分子级别上之相互作用的定量研究,对于理解低温地球化学和生物地球化学过程将是重要的。     

微生物矿化成因的铁硫酸盐矿物表面特征初探

研究表明，生物一矿物相互作用是地球表层系统演化的重要地质营力之一。微生物与矿物岩石之间进行着活跃的物质交换，微生物通过营造微观地球化学环境和提供吸附、成核中心影响着矿物的溶解和结晶，其中生物一矿物界面是物质交换和化学反应最为活跃的场所，矿物表界面记录着丰富的微生物作用信息。在综述前人微生物一矿物相互作用界面研究的基础上，利用气体吸附技术，对比分析了微生物矿化成因和无机合成含水铁硫酸盐矿物的表面积、表面分形和表面吸附能特征，初步讨论了微生物矿化成因铁硫酸盐矿物的表面特征和控制机理。     

微生物对碳酸盐岩的风化作用

微生物-矿物相互作用可以促进许多表生生物地球化学反应过程,是表生地球化学研究的重要内容。通过综合岩石表面的微生物类群及其地质作用,分析碳酸盐岩微生物风化的各种现象,特别是微观尺度上的各种形态,阐述碳酸盐岩的微生物风化机制与风化产物,笔者提出微生物对碳酸盐岩风化的4种途径:(1)通过微生物在岩石表面和缝隙中生长,导致岩石表层发生生物溶蚀、生物磨蚀和生物钻孔作用,加速岩石风化进程;(2)微生物群体形成的钻孔网络可以增强岩石化学溶蚀的有效表面积并导致其表面强度减弱而促进机械侵蚀作用,微生物对周围岩石颗粒胶结结构的破坏、疏松作用也会导致岩石矿物颗粒的分解;(3)微生物的持水作用,微生物分泌的有机酸以及微生物呼吸所释放的CO2对岩表水分的酸化过程亦加速岩石矿物的分解;(4)微生物生长过程中从岩石内摄取营养元素和产生复杂的有机配体,能促进矿物元素的释放。文中提出在开展微生物对碳酸盐岩风化过程和机理研究的基础上,有必要引入微生物生物技术来综合开发本地低品位含钾磷矿产资源,加速岩溶地区山地土壤的形成与演化。     

北京市可吸入大气颗粒物中Pb的浓度分布特征研究

本研究以取暖期和停暖后北京市主要功能区及郊区的可吸入大气颗粒物为研究对象,重点对比了市区与郊区、市区内不同功能区的PM10、PM25的浓度分布特征以及重金属元素Pb在其中的浓度分布特征。结果表明：可吸入大气颗粒物的浓度在取暖期间远高于停暖后的浓度,雾霾天气时可吸入大气颗粒物的浓度是非雾霾时的174~256倍。取暖期间,Pb在PM10中的浓度明显远高于PM25中的浓度,北京市区内Pb浓度较郊区要高,尤其是建材厂区可吸入大气颗粒物中的Pb浓度最高,商业区次之;停暖后,Pb在PM10和PM25中的浓度相当,建材厂区可吸入大气颗粒物中Pb浓度依然是功能区中最高的,但整体上郊区可吸入大气颗粒物中Pb的浓度和市区相差不大。对比分析2007年和2013年的数据,可以估算出,可吸入大气颗粒物PM10中Pb的浓度以每年978%的速度在增长,PM25中Pb的浓度以每年1145%的速度在增长。因此,北京市可吸入大气颗粒物中Pb的增长问题应引起相关部门的重视。     

银川市城郊PM2.5质量浓度日变化规律与组成特性分析

可吸入大气颗粒物是空气中的一种主要的污染物,虽然它在大气中含量很少,但对环境和人体的危害都很大。其中大气颗粒物PM2.5(空气动力学粒径Da≤2.5μm的大气颗粒物)与人体健康状     

大气粉尘中的矿物及其环境健康效应研究进展

大气粉尘中的矿物主要来源于土壤尘、建筑工地和局地扬尘,颗粒较小,一般呈不规则形状,表面凹凸不平。矿物粉尘具有很强的生物活性,对人体健康、生物效应有其特有的生理作用。矿物粉尘表面活性基团影响粉尘的生物效应。矿物粉尘本身或刺激吞噬细胞而产生的自由基对细胞的损伤和粉尘性疾病的形成起着至关重要的作用。大气粉尘成分、表面特性以及矿物粉尘对人体正常宿主菌群的抑制性和毒性效应研究是矿物粉尘环境健康效应研究的重要方向。     

Photoelectrons from Minerals and Microbial World

The Earth surface is a multiple open system. Semiconducting minerals, including most metal oxides and sulfides, absorb visible light of the solar spectrum. Microorganisms evolve varied pathways to get carbon and energy sources. It is obvious that the interaction among solar light, semiconducting minerals, photoelectron/photohole, organics, inorganics, valence electrons and microorganisms occurs continuously on our planet. In a recent study, Lu et al. (2012) presented evidence demonstrating solar energy mediated by semiconducting mineral photocatalysis, acting as energy source, promoted the growth of some non-photosynthetic bacteria and revealed that the ternary system of microorganisms, minerals and solar light has played a critical role in the history of life on our planet. In simulated system, under simulated solar light semiconducting minerals, such as metal oxides and metal sulfides, generates photoelectrons which could be used by non-phototrophic microorganisms to support their metabolisms. The growth of microorganism was closely related to photon quantity and energy, and the microorganism growth and mineral light absorption spectra were fitted well under different light wavelengths. The overall energy efficiency from photon to biomass was 0.13‰ to 1.9‰. Further studies revealed that in natural soil systems, semiconducting mineral photocatalysis could influence the microbial population. Solar energy utilization pathway by nonphototrophic microorganisms mediated by semiconducting mineral photocatalysis provides a new concept to evaluate the origin and evolution of life. Semiconducting minerals are ubiquitous on Earth’s surface and widely participate in redox reactions following photoelectron-photohole pairs excited by solar light. As photoholes can be easily scavenged by environmental reductive substances and microorganisms possess multiple strategies to utilize extracellular electrons, the highly reductive photoelectrons serve as potential energy source for microbial life. The discovery of this pathway extends our knowledge on the use of solar energy by nonphototrophic microorganisms, and provides important clues to evaluate life on the early Earth. Microorganisms, minerals and solar light constitute a complex but important ternary system through Earth history. The discovery of the novel energy conversion pathway in this system demonstrates how nonphototrophic microorganisms directly or indirectly utilized photoelectrons as the solar energy source. The fully comprehending of nonphototrophic bacteria solar energy utilization conducted by semiconducting minerals in present environment will greatly help us to better understand the energy transform mechanism among interfaces of lithosphere, pedosphere, hydrosphere and biosphere.     

拉萨市夏季大气降尘单颗粒矿物组成及其形貌特征

应用带能谱的电子扫描电镜(SEM-EDX)对拉萨市夏季正常天气下收集的大气自然沉降气溶胶样品进行分析,研究了拉萨市大气降尘矿物组成和各种物相形貌特征信息。拉萨市大气颗粒物含有硅酸盐颗粒、富钙颗粒、富铁颗粒、富碳颗粒(燃煤飞灰颗粒和燃油飞灰颗粒)和植物残体颗粒。根据颗粒物数量统计发现拉萨市大气颗粒物以硅酸盐颗粒为主,富钙颗粒和富铁颗粒次之,需要指出的是以燃油飞灰为主的富碳颗粒已占到一定比重,说明以燃油为主的机动车尾气对拉萨大气污染在加强。研究结果表明,大气降尘矿物成分及其形貌特征可以用作判定污染物来源的重要标志,拉萨大气中颗粒来源的多样性决定了治理措施也应综合进行。     

含钾岩石微生物转化的分子机制及其碳汇效应

岩石矿物的微生物风化是地球表层系统最为活跃和普遍发生的地质营力之一。微生物对含钾岩石(以硅酸盐矿物为主)的风化能够释放其中的钾、硅和钙等元素,并在合适的环境条件下促进矿物元素的碳酸化沉淀,这是地表元素地球化学循环的重要环节之一。微生物对岩石的生物转化作用既涉及微生物的生长繁殖和代谢调控,也与元素的迁移转化和次生矿物的演化序列有关,具有重要研究价值。采用矿物学、微生物学和分子生物学等相结合的研究方法,有助于系统地研究微生物促进含钾硅酸盐矿物的风化并耦联碳酸化过程及其分子调控机制。研究证实,在纯培养条件下,微生物风化含钾矿物主要采用酸解、螯合、氧化还原等多种方式的协同作用,并可通过调控相关功能基因的表达来响应缺钾的环境以实现其对含钾矿物的有效风化,显然这有赖于微生物通过长期进化而形成的精细的分子调控机制。在土壤生态环境中,微生物对矿物风化的显著特征是该生态环境中微生物群落协同互作的群体作用效应。微生物碳酸酐酶参与的硅酸盐矿物风化伴随碳酸盐矿物的形成过程可能是个长期被忽视的地表碳增汇过程,对该问题的深入探索有助于进一步理解地质演化历史中微生物对碳素迁移转化的驱动机制。加入含钾硅酸盐矿粉的有机肥已经显示出其在土壤改良、作物生长和增加土壤碳汇等方面的正面应用效果,这为利用硅酸盐矿物的生物风化作用来延缓大气CO₂浓度的持续升高提供了新的思路。介绍了有关微生物对含钾岩石生物转化释放钾素的分子机理及其碳汇效应方面的研究进展,以期抛砖引玉,推动该领域研究的快速发展。     

A theoretical approach to the magnetic flocculation of weakly magnetic minerals

Energy of interaction of a system of mineral paramagnetic and diamagnetic particles of colloidal dimensions is calculated under the influence of external magnetic field according to DLVO theory. Conditions of rapid flocculation into a potential well are derived in terms of threshold magnetic field as a function of particle size and magnetic susceptibility. The effect of surface potential, Debye-Hückel reciprocal length parameter and Hamaker constant is briefly discussed. The values of the flocculating magnetic field correspond more closely to reality than other theoretical models.     

矿物尘粒与微生物作用研究进展

矿物微（ 尘） 粒与细菌微生物的生物活性和毒性效应研究是国外刚开展的新方向。本文结合国外此类研究的最新进展,以及国内菌／ 尘研究的现状,强调微生物与矿物界面的作用与依存关系。指出目前在居室和大气环境、洋底环境和极地环境、人体环境下的菌／ 尘作用产物和机制研究的不足,以及应开展研究的主要方面,预测了近期矿物与微生物作用研究的趋势。     

韶关市大气降尘矿物成分和形貌特征研究

利用X射线衍射（XRD）仪、扫描电镜X射线能谱（SEM/EDX）仪研究大气降尘矿物成分和颗粒物形貌特征。结果表明，韶关市大气降尘主要矿物成分为伊利石、斜长石、绿泥石、石英、方解石、白云石和无定型非晶质物等，大气颗粒物形貌可分为4种类型：粒状、片状单矿物，链状集合体，圆球状飘珠和不规则粒状集合体。伊利石、绿泥石来源于地面扬尘，方解石、白云石来源于建筑扬尘，无定型非晶质物来源于工业烟尘。粒状、片状单矿物是地面扬尘的标志，链状集合体和圆球形飘珠是工业烟尘的标志，不规则粒状集合体是建筑扬尘的标志。大气降尘矿物成分和形貌特征是判别污染物来源的重要标志。     

施氏矿物吸附Cu2+及氧化亚铁硫杆菌的实验研究

在金属硫化物的表生氧化过程中,施氏矿物是最常见的一种次生矿物.施氏矿物具有粒度小、比表面积大、表面吸附能高的特点,能够吸附环境流体中的重金属离子和微生物细胞,从而影响重金属元素及微生物的表生地球化学行为.利用化学合成的施氏矿物,开展了施氏矿物吸附Cu2+及氧化亚铁硫杆菌的实验.结果显示:施氏矿物对金属Cu2+及氧化亚铁硫杆菌均有较强的吸附性;施氏矿物对Cu2+的吸附基本符合Langmuir吸附模型,而对氧化亚铁硫的吸附行为不符合Langmuir模型,可用Freundlich模型描述;施氏矿物的存在对流体中微生物的活动性及其地球化学行为有重要影响,可能会降低氧化菌分解金属硫化物的效率.     

微生物所协同的天然金红石日光催化作用研究

本文揭示了自然界中可能存在的一种新的矿物和微生物交互作用形式,即微生物通过生物电化学作用参与到半导体 矿物的日光催化作用过程中。模拟日光光源下“产电”微生物与天然半导体矿物金红石交互实验结果显示,金红石的光催 化作用促进了矿物端元的反应速率,提高了电子在微生物和矿物之间的转移效率,使微生物电子传递链末端电子能量得到 提升。二者协同作用可提高微生物或半导体矿物单独作用时对污染物如Cr(Ⅵ)的还原处理效果。该研究为环境污染治理提 供了一种矿物与微生物协同作用新理念。