铁氧化物是土壤环境中广泛存在的活性物质,是污染物的有效吸附剂和异化铁还原细菌的能量来源。在缺少氧气和其他电子受体的土壤环境中,异化铁还原细菌可将铁氧化物作为电子受体进行还原。矿物-微生物界面的电子传递过程不仅能够驱使矿物发生溶解、沉淀、转化等多种反应,而且对微生物的生长、代谢和群落演替也有重要影响。细菌与矿物之间进行电子传递主要通过直接接触、分泌螯合剂、利用电子穿梭体和导电菌毛等方式进行,其中在直接接触的过程中,电子传递效率最高。因此,细菌与铁氧化物的接触吸附是胞外电子传递的关键步骤,在铁还原过程及其驱动的元素循环中发挥着重要作用。希瓦氏菌(Shewanella)是环境中最常见的具备铁氧化物还原能力的细菌之一,也是胞外电子传递研究中的典型代表。本研究选取土壤中常见的希瓦氏菌模式菌株(Shewanella oneidensis MR-1)和Bpf A粘附蛋白缺失的希瓦氏菌突变菌株作为实验材料进行吸附动力学和电化学实验,研究得到主要结果如下:使用耗散石英晶体微天平(QCM-D)进行吸附动力学实验,并把实验数据拟合到等效电路(EC)模型中,我们发现Bpf A粘附蛋白缺失后,细菌在赤铁矿表面表现出不同的吸附状态:Δbpf A突变株的吸附量比野生型降低约10%,等效电路(EC)模型拟合结果表现出Δbpf A突变株的接触弹性(κ_c),附着细菌密度(N_p)和接触区域半径(r_c)均小于野生型,这说明由于缺少粘附因子,细胞与赤铁矿表面的接触面积减小,细菌容易随溶液介质发生运动很难牢固地吸附在赤铁矿表面,且Δbpf A突变株在赤铁矿表面的吸附松散,形成的吸附层表现出更强的粘弹性特征,整体吸附过程与野生型相比表现出滞后现象。此外,通过傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)以及二维相关性分析,我们发现两种细胞表面的生物大分子包含的各种官能团与赤铁矿表面相互作用的顺序及形成的共价键也发生了变化,准一级动力学方程拟合得到Δbpf A突变株的吸附速率常数(k)值略小于野生型MR-1,说明赤铁矿对野生型MR-1细胞表面蛋白质的吸附亲和力更大,Δbpf A突变株短期吸附过程中细胞表面的磷酸基团未能与赤铁矿表面相互作用形成关键的单、双齿内圈配合物,长期吸附过程中细胞表面蛋白质不能形成更有利于细胞间连接的无规卷曲结构。与此同时,希瓦氏菌野生型和Δbpf A突变株在赤铁矿表面吸附过程中表现出的不同的吸附状态影响了细菌与赤铁矿之间的胞外电子传递的过程。我们通过组装三电极系统以及利用电化学等仪器,检测了希瓦氏菌野生型和Δbpf A突变株的电化学性能,发现了野生型MR-1和Δbpf A突变株与赤铁矿之间进行的胞外电子传递存在着明显的差异。野生型MR-1电化学工作系统的性能远远高于Δbpf A突变株系统,野生型MR-1与赤铁矿阳极表面的亲和度更高,输出电流密度更大,且野生型MR-1与赤铁矿修饰的阳极之间的界面电子转移速率明显高于Δbpf A突变株。但是野生型MR-1和Δbpf A突变株在赤铁矿阳极表面的吸附量并没有明显差异,这说明输出电流密度和界面电子转移速率方面的差异与细胞吸附量无关。以上结果表明,环境中广泛存在的异化铁还原细菌与铁氧化物之间不同的吸附状态对胞外电子传递过程有着至关重要的影响,由此可能会进一步影响微生物的生长、代谢以及铁氧化物的溶解、沉淀、转化从而影响铁元素的生物地球化学循环。