微生物介导的铁矿物异化还原溶解是地下土壤和沉积物中重要的生物地球化学过程，该过程对环境中元素和污染物的迁移和转化具有重要的影响。赤铁矿纳米颗粒在环境中广泛存在，但是不同条件下形成的赤铁矿纳米颗粒，其暴露晶面存在很大差异。以往关于矿物晶面反应活性的研究主要是在催化、材料方面，然而，赤铁矿暴露晶面如何影响厌氧微生物异化铁还原过程尚不清晰。
研究团队通过合成两种不同暴露晶面的赤铁矿（正六面体纳米板状结构的{001}晶面和纳米棒状结构的{100}晶面），发现赤铁矿{001}晶面的还原活性显著高于{100}晶面，而赤铁矿不同暴露晶面的还原活性受到表面电化学性质和细胞附着量的共同影响。首先，赤铁矿{001}晶面具有高导电性和低电阻，更容易接受希瓦氏菌的胞外电子，从而产生更多的亚铁；其次，赤铁矿{001}晶面具有高表面羟基官能团、零点电荷和氧化还原电位，更容易与带负电的希瓦氏菌结合，所以更容易被还原。因此，天然矿物的不同暴露晶面可影响细胞粘附、生物膜的形成，进而影响矿物风化溶解、污染物迁移转化等过程。
该研究从矿物晶体结构角度加深了矿物-微生物相互作用机制的理解。
论文链接: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/en/d0en00555j#!divAbstract.
（省科学院土壤分子过程研究团队 胡世文/供稿）
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