铀（Uranium, U）是一种在环境中广泛存在的放射性元素，主要以其六价（U(VI)）和四价（U(IV))两种氧化态存在。在氧化条件下，U(VI)是主要的稳定形式，而在还原条件下，U(VI)可以被还原为U(IV)。这一还原过程可以通过非生物途径（如含铁或硫化物的矿物）或生物途径（如细菌）实现。特别是，Shewanella属的细菌能够通过细胞色素c（c-type cytochromes）将电子传递给金属和放射性核素，如U(VI)。尽管细胞内电子传递机制已被广泛研究，但电子如何传递到外部电子受体（如U(VI)）的过程仍不清楚。 MtrC是一种位于Shewanella细菌外膜表面的十血红素（decaheme）c型细胞色素，能够将电子传递给U(VI)。然而，MtrC与U(VI)之间的电子传递机制，...

硒（Selenium）是一种重要的微量元素，广泛存在于自然界中，参与多种生物代谢过程。然而，硒的浓度过高时，会对人类、动物和环境造成严重的毒性影响。工业活动，尤其是燃煤发电厂的煤炭燃烧，是地下水硒污染的主要来源之一。燃煤过程中产生的飞灰（fly ash）在处置过程中，硒会通过渗滤进入地下水，导致水体污染。硒的毒性形式主要是其氧化态，如硒酸盐（selenate, Se(VI)）和亚硒酸盐（selenite, Se(IV)），这些化合物在水中溶解度较高，容易被生物吸收，进而对生态系统和人类健康构成威胁。 为了应对这一问题，研究人员探索了多种修复技术，其中微生物修复（microbial remediation）因其成本效益高、环境友好等优势，成为近年来研究的热点。微生物修复利用天然微生物群落的代谢...

土壤是陆地生物地球化学过程的产物，也是人类生存的重要基础。微生物赋予土壤生命特性，并驱动其内部的生物地球化学循环。微生物在土壤结构改良、肥力提升、污染控制、应对全球气候变化等方面发挥着至关重要的作用。微生物在土壤中主要以微菌落或生物膜（biofilm）的形式附着在土壤矿物和有机物的表面。生物膜是由微生物（细菌、藻类、真菌和/或古菌）嵌入自身分泌的胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances, EPS）中，并附着在有机-无机界面上形成的。EPS作为生物膜的结构完整性载体，决定了生物膜的物理化学性质和功能复杂性。EPS在土壤中通过其粘附性、吸湿性和络合能力等特性，对土壤健康有着重要贡献。 然而，目前对土壤中EPS的研究尚不充分，尤其是在其生态功能和界面行为方面...

磁趋磁细菌（Magnetotactic Bacteria, MTB）是一类能够生物矿化磁小体（magnetosomes）的微生物。磁小体是由膜包裹的磁性纳米晶体，主要由磁铁矿（Fe₃O₄）或硫铁矿（Fe₃S₄）组成。这些磁小体在细菌细胞内排列成链状或特定方向，赋予细菌磁偶极矩，使其能够沿着地球磁场线进行定向运动，这一现象称为磁趋性（magnetotaxis）。磁趋性帮助细菌在垂直化学浓度梯度（通常是氧气梯度）中定位和维持其最佳位置。 磁小体的磁性特性由其大小、形状、晶体取向和空间排列决定，这些特性使其成为研究纳米颗粒磁性的理想模型。然而，不同菌株的磁小体具有不同的晶体形态和取向，尤其是子弹形（bullet-shaped）磁小体，其晶体形态与磁铁矿的平衡形态存在显著偏差，且其形态伸长轴不一定与...

铁（Fe）是地球上最丰富的元素之一，广泛存在于土壤和沉积物中，并参与全球碳、氮和氧的循环。铁的氧化还原反应在生物地球化学循环中起着至关重要的作用，特别是在铁氧化和铁还原过程中。铁矿物，尤其是混合价态的铁矿物（如磁铁矿），由于其高表面积和氧化还原活性，能够影响环境中营养物质和污染物的迁移和转化。近年来，研究发现磁铁矿纳米颗粒（MNPs）可以作为微生物的电子供体和受体，充当“生物地球电池”，在微生物驱动的氧化还原循环中储存和释放电子。然而，磁铁矿纳米颗粒在连续氧化还原循环中的稳定性及其对矿物完整性和性质的影响尚不清楚。 本研究旨在探讨磁铁矿纳米颗粒在连续氧化还原循环中作为生物地球电池的可行性，并研究其矿物性质的变化及其对环境中污染物和营养物质的影响。通过微生物驱动的氧化还原循环实验，作者揭示了磁...

水力压裂（hydraulic fracturing）是一种从非常规储层中提取天然气的技术，但其过程中会产生大量的返排水和产出水。这些水中含有复杂的有机和无机成分，尤其是与这些流体相关的固体物质，通常富含铁（Fe）、有毒有机物、重金属和天然放射性物质（NORM）。尽管这些固体物质对环境和人类健康构成潜在威胁，但关于其成分及其与微生物群落的相互作用的研究仍然有限。此外，这些固体物质的长期环境归宿也缺乏深入理解。 本研究旨在分析来自英国Bowland页岩（Bowland Shale）水力压裂井的返排水中的固体物质，并探讨这些富含Fe(III)的固体在厌氧条件下被微生物还原的潜力。通过使用电子穿梭体（electron shuttle）——蒽醌-2,6-二磺酸盐（anthraquinone-2,6-d...