第七届青年地学论坛

金属污染物在自然界中广泛存在，是我国最主要的环境污染物之一，其环境影响及健康风险受到广泛的关注。其中，金属元素的化学形态和尺寸形态决定了其生物活性和毒性效应。环境中的耐受微生物在应对高浓度的金属污染物时会产生相应的保护措施和脱毒机制，将毒性高的污染物转化为毒性更低的污染物，例如克莱勃氏杆菌可以将高毒性的汞、镉和铅离子转化为硫化物（Harry Aiking, 1985），沙雷氏菌可以将铅离子转化为金属结合蛋白（Baowei Chen, 2019）。但是由于生物基质的复杂性和分析技术的限制，以往的研究往往关注金属的总含量，金属污染物进入耐受细菌之后，其存在形态如何，在体内的传输和转化过程尚不明确。因此，建立生物体内金属多维尺寸形态的分析方法，并研究典型金属污染物在耐受生物中的赋存和转化过程，对于理解金属在环境和生物体中的迁移转化、生物有效性和毒性过程具有重要的意义。
本研究针对金属的化学形态和尺寸形态，开展了以下工作：（1）开发了复杂生物基质中金属离子、不同尺寸金属纳米颗粒、含金属蛋白质等多维金属形态的分析方法，包括体积排阻色谱、毛细管电泳的分离技术与电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、单颗粒-ICP-MS检测技术等的联用方法；（2）以铅为例，利用上述分析方法开展了自然界中高浓度铅污染条件下沙雷氏菌对铅的耐受过程，研究了铅在细菌中的形态分布、吸收、迁移和转化过程，发现了硫化铅纳米颗粒的生成，并鉴定了其结构，同时发现了含铅的金属蛋白。沙雷氏菌将高毒性的铅离子转化成毒性更低的硫化铅纳米颗粒和金属结合蛋白，是该细菌对高浓度铅可能的耐受机制之一。上述建立的方法可为金属、金属纳米颗粒的环境过程和生物转化等研究提供方法基础。同时，以全尺寸、多形态的角度考虑金属的形态，能够更全面地理解元素在自然界中的赋存形态、迁移转化和生物效应。
 

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