校长基金项目中期报告

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1、校长基金项目中期报告项目名称：人造纳米材料与土壤微生物的相互作用研究英文名称：Researchontheinteractionsbetweenmicrobesinthesoilsandartificialnano-materials主持人：贺涔霖高飞（城市与环境学院环境科学系，100871）导师：卢晓霞副教授摘要随着纳米技术在近二十年代的迅速发展，人造纳米材料大量增多，在其生产、使用和处理过程中，难免会通过各种途径进入土壤环境。已有研究表明，人造纳米材料对微生物有一定毒性，但多限于纯种菌。而且，目

2、前关于人造纳米材料对土壤微生物的影响仍知之甚少。因此，研究人造纳米材料与土壤微生物的相互作用，对进一步认识人造纳米材料的生态风险具有重要的科学价值，对人造纳米材料风险管理和土地资源管理具有实用意义。本研究以纳米碳管、纳米银为研究对象，从微生物数量、群落结构、酶活性、以及生化作用四个方面系统地评估其对土壤微生物的影响，并比较不同人造纳米材料的毒性大小与机理；考察土壤微生物对不同人造纳米材料的降解或转化，探索其机制；了解土壤性质对人造纳米材料与土壤微生物相互作用的影响及其原理。关键词纳米碳管纳米银微生

3、物活性一、项目概况1.研究背景和意义随着纳米技术在近二十年代的迅速发展，人造纳米材料（ManufacturedNanomaterials,MNMs）大量增多，在其生产、使用和处理过程中，难免会通过各种途径进入土壤环境。人造纳米材料是指以应用为目的被人工制造出来的，至少有一维几何尺寸低于100nm，并具有高度均匀性和特殊性能的材料[1]。根据化学组成，人造纳米材料可分为：碳纳米材料，包括单壁纳米碳管（SWCNTs）、多壁纳米碳管（MWCNTs）、富勒烯（C60）、炭黑等；金属及金属氧化物纳米材料，包

4、括纳米铁、银、金、铜、氧化锌、氧化铜、二氧化钛、二氧化硅等；量子点，如纳米硒化镉、硫化镉；碲化镉等；纳米聚合物，如纳米聚苯乙烯、钛纳米聚合物等[2]，它们广泛用于电子、医药、化工、军事、航空航天、家居生活等众多领域[3]。纳米尺度所引起的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应以及宏观量子隧道效应等，使得纳米材料具有特殊的物理化学性质。在进入生命体和环境以后，它们与生命体相互作用所产生的化学特性和生物活性与化学成分相同的常规物质有很大不同[4]。由于纳米材料的大小与DNA，蛋白质，病毒以及生物分子的尺寸

5、相当，某些纳米粒子及纳米产品可能包含人类尚未充分了解的全新污染物或生物与环境作用机理，其使用可能对人类健康以及生态环境等造成不利影响[5]。纳米材料可能产生新的污染，已成为世界各国政府和公众关注的新的焦点。关于人造纳米材料对微生物的毒性，国外已有不少报道，但多限于纯种菌[6-8]。Jiang等报道，在所实验的四种纳米金属氧化物中，纳米氧化锌毒性最强，可使枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）、大肠杆菌（Escherichiacoli）和荧光假单胞菌（Pseudomonasfluoresc

6、ens）全部死亡；纳米三氧化二铝和二氧化硅对上述三种菌的致死率分别为57%、36%、70%和40%、58%和70%[9]。Kang及其合作者报道碳纳米管直接与细菌接触，可导致细胞膜损伤，细胞代谢能力下降并引起核酸外泄[10]。另一方面，有研究表明，微生物对某些纳米材料具有降解或转化作用。例如，富勒烯（nC60）在生物作用下发生降解/转化[11]。土壤是陆地生态系统的主要组成部分，是最珍贵的自然资源。目前关于人造纳米材料对土壤生态系统的影响仍知之甚少。土壤微生物是土壤中的活性组分，在维持土壤生态平衡

7、如养分运转、有机质分解、环境污染物净化中发挥着重要作用[12]。研究人造纳米材料与土壤微生物的相互作用，对进一步认识人造纳米材料的生态风险具有重要的科学价值，对人造纳米材料风险管理和土地资源管理具有实用意义。1.研究内容从北京大学未名湖岸采集未受污染的土壤，对土壤的理化性质（酸碱度、含水率、总有机碳、速效氮、速效磷等）和微生物特征（微生物数量和活性）进行分析。以两种典型的人造纳米材料（纳米碳管、纳米银）对土壤微生物进行生态毒理实验。从微生物数量、群落结构、酶活性、以及生化作用四个方面系统地评估其对

8、土壤微生物的影响，并比较不同人造纳米材料的毒性大小与机理。2.研究方法1)文献调查2)实地采样3)实验室测定3.研究分工1)文献查找及研究、实验的样品采集：贺涔霖、高飞2)纳米材料的物理性质测定：贺涔霖、高飞3)呼吸作用和脱氢酶活性测定：贺涔霖4)氨化作用和荧光素二乙酸酯酶活性测定：高飞5)荧光定量PCR：贺涔霖、高飞二、研究阶段性成果1.实验材料与方法1.1实验材料土壤样品：北京大学未名湖岸边土（样品的污染本底值小）纳米碳管（S-MWNT-1020）：长度：1-2μm，纯度（体积