• 关键词：产尿酶菌株  Sporosarcina ureilytica  生物矿化  MICP  重金属  方解石

• 基金项目：四川省科技厅重点研发项目（No.2020YFS0449，2021YFS0360，2018SZDZX0024）

• 曾勇
• 南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室，南京 210023

• 陈泽智
• 南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室，南京 210023

• 杜亚玲
• 中国科学院成都生物研究所，中国科学院环境与应用微生物重点实验室，四川省环境与应用微生物重点实验室，成都 610041

• 王秀秀
• 成都理工大学生态环境学院，成都 610041

• 周树宇
• 南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室，南京 210023

• 许力山
• 中国科学院成都生物研究所，中国科学院环境与应用微生物重点实验室，四川省环境与应用微生物重点实验室，成都 610041

• 蒋心茹
• 中国科学院成都生物研究所，中国科学院环境与应用微生物重点实验室，四川省环境与应用微生物重点实验室，成都 610041

• 刘杨
• 中国科学院成都生物研究所，中国科学院环境与应用微生物重点实验室，四川省环境与应用微生物重点实验室，成都 610041

• 吕青阳
• 中国科学院成都生物研究所，中国科学院环境与应用微生物重点实验室，四川省环境与应用微生物重点实验室，成都 610041

• 闫志英
• 中国科学院成都生物研究所，中国科学院环境与应用微生物重点实验室，四川省环境与应用微生物重点实验室，成都 610041

• 摘要：微生物诱导方解石沉淀（MICP）作为一种新兴的重金属生物治理技术已逐渐成为研究热点.基于脲酶作为MICP反应的核心驱动力，本研究筛选获得1株拥有致密胞外聚合物，且产脲酶活性和菌体Zeta电位强于产脲酶代表性菌株Sporosarcina pasteurii的MICP功能菌株Sporosarcina ureilytica ML-2.在生物矿化50 mg·L^-1 Pb（II）、Cd（II）和Cr（VI）离子实验中，Cd（II）较Pb（II）和Cr（VI）对菌株ML-2产脲酶代谢活性存在显著性抑制（p<0.01），实验组仅24 h和48 h即可去除全部的Pb（II）和Cd（II），而96 h时仅能去除约12.14%的Cr（VI）.生物沉淀SEM形貌显示不同类型重金属可通过影响生物矿化过程无机晶体成核生长方向，从而改变沉淀形貌；EDS表征证实菌株ML-2可通过诱导方解石沉淀有效固定Pb（II）和Cd（II），而对Cr（VI）无法实现有效固定；FTIR表征则证实羧基、羟基、胺基和烷基等功能基团共同参与重金属的矿化固定.结合天然方解石吸附初始浓度为200 mg·L^-1的Pb（II）、Cd（II）和Cr（VI）离子实验及对应沉淀的XRD图谱，再一次证实Pb（II）以方解石钙位点替代形式被矿化成白铅矿（PbCO₃），Cd（II）的目标矿化产物菱镉矿（CdCO₃）可能因质量分数过低等原因虽未被检出，但依然实现了高效固定，并再次确认MICP无法有效固定Cr（VI）.最后，MICP矿化固定Pb（II）和Cd（II）污染的过程模型被构建，将为后续的扩大应用提供理论指导.

• Abstract：Microbiology induced calcite precipitation （MICP） is an emerging method in toxic metal bioremediation which has attracted great attention in worldwide. In this study， a MICP functional strain Sporosarcina ureilytica ML-2 was identified and harbored outstanding features， including higher urease activity， denser extracellular polymeric substances and superior zeta potential. During the bio-mineralizing of 50 mg·L^-1 Pb（II）， Cd（II） and Cr（VI） ions， all Pb（II） and Cd（II） could be removed in 24 h and 48 h， respectively， while only 12.4% Cr（VI） was eliminated by S. ureilytica ML-2 after 96 h. The EDS map further confirmed that Pb（II） and Cd（II） could be effectively fixed by MICP process， but Cr（VI） was not. However， Cd（II） exhibited significant inhibition on urease activity of ML-2 strain compared with Pb（II） and Cr（VI）（p<0.01）. The SEM of bio-precipitation showed that the diverse morphology of MICP product was attributed to the different types of toxic metals which affect the direction of nucleation and growth of inorganic crystals during the MICP process， while the carboxyl， hydroxyl， amino， and alkyl groups were also involved the mineralization after FTIR characterization. Combined the nature calcite absorption results of 200 mg·L^-1 Pb（II）， Cd（II） and Cr（VI） by nature calcite and the corresponding XRD patterns， it could be affirmed that Pb（II） was mineralized into cerussite （PbCO₃） through calcium sites substitution. As the mineralization product of Cd（II）， otavite （CdCO₃） was not detected even though the immobilization was efficient. This phenomenon was probably due to its low mass fraction. Moreover， the XRD results further illustrated that the MICP process could not effectively fix Cr（VI）. Finally， the model of immobilization of Pb（II） and Cd（II） by MICP was constructed based on our results， which would provide theoretical guidance for the follow-up application research.

• Key words：urease producing strain  Sporosarcina ureilytica  biomineralization  MICP  toxic metals  calcite

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