近日，生命与环境科学学院金仁村团队在Chemical Engineering Journal (2020 IF：10.652)上发表厌氧氨氧化(anammox)污泥胞外聚合物与Cu²⁺结合特性的光谱计量学研究的最新成果“A spectra metrology insight into the binding characteristics of Cu²⁺ onto anammox extracellular polymeric substances”。

胞外聚合物(EPS)主要是由微生物在一定条件下分泌的高分子物质，在生物聚集体的内部和表面无处不在，具有重要的生理功能。成熟的anammox颗粒污泥中EPS的主要成分包括蛋白质，多糖和腐殖酸等。它通过一系列作用与细胞结合形成一个巨大密集的三维网状结构，并且EPS中有许多吸附无机离子和有机分子的位点，是抵御有毒重金属离子的第一道屏障。

目前，关于EPS与重金属离子的结合研究仍缺乏对结合位点分析以及热力学特性的系统研究。更重要的是，对EPS中多个重金属离子吸附点位的优先结合顺序以及在吸附过程中起重要作用的蛋白质构象变化仍然不清楚。为此，本研究旨在从光谱计量学角度全面探索重金属与anammox污泥EPS的结合特性。

研究结果表明，当Cu²⁺进入anammox系统时，首先与带负电的EPS接触。静电排斥力降低，聚集体尺寸增大。随着Cu²⁺浓度的增加，EPS中蛋白质和腐殖酸荧光组分通过形成无荧光或弱荧光强度的复合物而被淬灭。光谱分析和二维相关性分析发现，与多糖和碳氢化合物相比，蛋白质的羧基对Cu²⁺的响应最快。其次，多糖组分发生结合。Cu²⁺结合在EPS上，导致EPS中蛋白质的α-螺旋，β折叠，无规卷曲等二级结构被破坏，导致了EPS呈现出更为疏松的结构特点。EPS中的官能团与Cu²⁺交换并配位，形成内圈络合物，热力学分析表明这是一个吸热和熵增加的反应过程。

同步荧光光谱及红外光谱的二维相关性分析

这项研究对于深入了解Cu²⁺与anammox污泥EPS的结合特征具有重要意义，同时也为anammox污泥对重金属的抗性机理研究提供了理论支持。

生科院2018级研究生李桂凤为论文第一作者，黄宝成讲师、金仁村教授为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金项目、浙江省自然科学基金项目、杭州市科技创新项目等项目经费的支持。

 人物简介：

金仁村，浙江省“杰出青年基金”获得者，浙江省“万人计划”青年拔尖人、浙江省中青年学科带头人、浙江省151人才、杭州市131人才重点资助层次。主要从事废水生物处理和环境生物技术方面的教学科研工作，如新型生物脱氮技术（短程硝化-厌氧氨氧化）的开发与应用，高效废水生物处理反应器的研发以及废水处理系统的节能减排技术的开发。主持完成国家及省市课题项目12项，以第一或通讯作者身份在Water Research、Environment International等国内外重要学术刊物上发表论文100余篇，其中SCI收录90余篇，个人H因子30。获授权国家发明专利50余件。

黄宝成，博士，讲师，主要研究方向为可持续水污染控制技术研发及其效能评价。主持国家自然科学基金，浙江省自然科学基金以及杭州市科委科技攻关等项目。在Science Advances, Environmental Science & Technology, Water Research, Journal of Materials Chemistry A, Renewable & Sustainable Energy Reviews等环境化学及水处理领域顶级期刊上发表SCI论文30余篇；获授权国家发明专利3件。论文总引用次数400余次，H因子12。