□ 龐紅碩

現(xiàn)代工業(yè)特別是石油化工、農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，使進(jìn)入自然環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)種類和數(shù)量越來越多，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了自然界的恢復(fù)能力。近年來，持久性有機(jī)物對(duì)環(huán)境的污染及帶來的危害越來越引起人們的注意，大量的學(xué)者投入到有機(jī)污染物生物降解研究當(dāng)中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院副教授李智靈就是其中的一員。她以水土環(huán)境中毒害性和難降解污染物的微生物強(qiáng)化去除為研究重點(diǎn)，在持久性有機(jī)污染物的微生物強(qiáng)化分解轉(zhuǎn)化領(lǐng)域取得了一系列有創(chuàng)新性的豐碩的研究成果。近年來，在環(huán)境領(lǐng)域頂級(jí)期刊Water Research，Environmental Science &Technology等發(fā)表SCI論文40余篇，論文他引500余次，H因子為16。2014年，李智靈獲得日本生物工學(xué)會(huì)亞洲青年科研獎(jiǎng)勵(lì)獎(jiǎng)（The Dasilva Award)，該獎(jiǎng)項(xiàng)授予在微生物領(lǐng)域有潛力的35歲以下亞洲籍青年研究人員且每年只獎(jiǎng)勵(lì)1人。2015年，李智靈獲得中國微生物生態(tài)青年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。2018年，李智靈作為編輯在德國Springer-Verlag出版社出版專著一部“Bioelectrochemistry Stimulated Environmental Remediation”。

識(shí)“微”見遠(yuǎn)

李智靈

2001年5月22日，包括中國在內(nèi)的90個(gè)國家在瑞典斯德哥爾摩簽署一項(xiàng)公約，決定禁止或限制使用艾氏劑、滅蟻靈、滴滴涕等12種持久性有機(jī)污染物，這12種持久性有機(jī)污染物能夠沿著食物鏈傳播并在動(dòng)物體內(nèi)的脂肪聚集。它們會(huì)引起過敏、先天缺陷、癌癥、免疫系統(tǒng)和生殖器官受損。它們都屬于環(huán)境激素，即使?jié)舛葮O小，也會(huì)影響人類的內(nèi)分泌系統(tǒng)。即使這些持久性有機(jī)污染物已經(jīng)被禁止或限制使用，但這些污染已經(jīng)在土壤和水中長期存在，不僅難以生物降解，而且流動(dòng)性很強(qiáng)，能夠在世界范圍內(nèi)廣泛傳播。實(shí)際上持久性有機(jī)污染物已經(jīng)成為在環(huán)境中廣泛存在并嚴(yán)重威脅人類健康的全球性環(huán)境問題。

2000年，李智靈進(jìn)入中國地質(zhì)大學(xué)環(huán)境工程系，開始對(duì)持久性有機(jī)污染物有所了解。當(dāng)時(shí)，國內(nèi)對(duì)持久性有機(jī)污染物的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究基礎(chǔ)都比較薄弱，研究的廣度和深度都落后于發(fā)達(dá)國家。雖然當(dāng)時(shí)已經(jīng)有學(xué)者開始關(guān)注持久性有機(jī)污染物的生物治理法，卻沒有引起重視。當(dāng)時(shí)還是學(xué)生的李智靈通過了解與學(xué)習(xí)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到微生物在環(huán)境污染治理和生態(tài)修復(fù)過程中發(fā)揮著重要的作用。在中國地質(zhì)大學(xué)相繼完成本科學(xué)業(yè)和碩士學(xué)業(yè)后，李智靈進(jìn)入日本名古屋大學(xué)繼續(xù)深造，師從EcoTopia科學(xué)研究所副所長片山新太教授，并獲得日本政府（文部科學(xué)?。┆?jiǎng)學(xué)金全額資助。“其實(shí)當(dāng)時(shí)我也選了很多美國學(xué)校，但是片山新太老師的研究方向與我碩士期間的研究方向十分相近。當(dāng)時(shí)，我的一位學(xué)姐也在日本，所以思考了一段時(shí)間后還是決定去日本?！崩钪庆`說道。

在日本，李智靈一待就是近6年。在這期間，李智靈依托名古屋大學(xué)這個(gè)日本頂尖、國際一流的研究型國立綜合平臺(tái)對(duì)微生物在環(huán)境污染治理和生態(tài)修復(fù)過程中的作用進(jìn)行了深入研究，并作為核心人員參與“厭氧微生物技術(shù)原位分解鹵代烴及相關(guān)機(jī)制研究”“厭氧微生物作用于新型微孔材料的研究”等多項(xiàng)日本國家級(jí)科研項(xiàng)目。2013年，李智靈結(jié)束日本的博士后工作后回到祖國，落腳哈爾濱工業(yè)大學(xué)。日本的留學(xué)經(jīng)歷讓她具備了很強(qiáng)的科研能力、豐富的科研經(jīng)驗(yàn)和國際化的研究視野。目前主持包括國家自然科學(xué)基金、國家博士后基金特別資助、黑龍江省自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題在內(nèi)的多項(xiàng)國家級(jí)課題。參加微生物生態(tài)、生物技術(shù)領(lǐng)域國際大會(huì)并作邀請(qǐng)報(bào)告和口頭報(bào)告近20次，申請(qǐng)并授權(quán)發(fā)明專利10余項(xiàng)，研究成果普遍受到業(yè)內(nèi)專家肯定。

研精究“微”

傳統(tǒng)的微生物降解持久性有機(jī)污染物的過程中，對(duì)功能微生物的分離和篩選是十分關(guān)鍵的一步。李智靈從自然環(huán)境中通過馴化、篩選、分離得到了能去除鹵代芳香族污染物的有效菌種，補(bǔ)充了難降解有機(jī)污染物分解菌的種質(zhì)資源。然而，基于污染物的毒性，分離株很難達(dá)到徹底脫毒污染物的目的。因此如何讓分離出來的微生物更好地與其他微生物在環(huán)境中共生并有效協(xié)同達(dá)到污染物徹底脫毒的目的呢？

針對(duì)這一問題，李智靈基于微生物種群共生和互生的生態(tài)學(xué)原理，提出了用“厭氧發(fā)酵—還原脫溴—氧化分解”3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)鹵代芳烴厭氧礦化的新思路，以及通過建立菌群的優(yōu)化培養(yǎng)和有效規(guī)避功能菌與非功能菌群的營養(yǎng)競爭，長效維持礦化功能的操控策略。李智靈在毒害性污染物的微生物強(qiáng)化去除工藝上構(gòu)建了鹵代芳烴微生物厭氧礦化新工藝，通過優(yōu)化調(diào)控營養(yǎng)條件、外源電子供/受體條件，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)氫菌群、還原脫鹵菌群、氧化分解菌群和嗜氫產(chǎn)甲烷菌群的協(xié)同共生和互作以及五氯酚，2,4,6-三溴酚，4-氯酚等典型鹵代芳烴的長期厭氧礦化和快速徹底脫毒，解決了鹵代芳烴厭氧生物分解過程轉(zhuǎn)化不徹底和毒害性產(chǎn)物積累的難題。以上成果李智靈以第一作者發(fā)表在Environmental Science & Technology、Bioresource Technology等環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)權(quán)威期刊。

值得一提的是，對(duì)于毒害性污染物硫，李智靈從分子和基因?qū)用娼沂痉聪趸摿蚬δ茏责B(yǎng)和異養(yǎng)微生物的互作關(guān)系和群落演替規(guī)律，明確核心功能微生物在生物硫回收過程的作用機(jī)制，提出了基于膜反應(yīng)原理的原位單質(zhì)硫回收新型工藝，實(shí)現(xiàn)了高污染物負(fù)荷條件下單質(zhì)硫的高效回收和原位分離。她還根據(jù)硫酸還原和反硝化生態(tài)位分離的原理，開發(fā)出轉(zhuǎn)筒型反硝化脫硫反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了硫酸鹽、硝酸鹽和COD的高效同步去除。這有效解決了傳統(tǒng)生物除硫過程可控性差、硫回收效率低和分離困難等難題。相關(guān)成果李智靈以通訊作者發(fā)表在Water Research、Journal of Hazardous Materials等環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)權(quán)威期刊。這些成果為我國水土環(huán)境中難降解和毒害性有機(jī)物的生物原位修復(fù)強(qiáng)化提供了策略和技術(shù)支持。

積“微”成著

李智靈對(duì)氯代芳香有機(jī)化合物的微生物分解與轉(zhuǎn)化一直在進(jìn)行深入的研究，針對(duì)其分解速率慢、微生物代謝能力低下等問題，李智靈提出了外加恒定負(fù)電位提供外源電子激活微生物的厭氧呼吸代謝的策略。

2015年，李智靈主持了國家自然科學(xué)基金（青年）項(xiàng)目“生物陰極加速氯代烴污染物還原脫氯及作用機(jī)制”。她基于電刺激提供外源電子供體強(qiáng)化生物脫色脫鹵的原理，實(shí)現(xiàn)了典型難降解污染物的快速還原脫氯、脫色和脫毒。闡明了生物陰極加速難降解污染物的本征：通過微弱外加電壓輸入，為難降解污染物提供額外的電子供體和還原力。較傳統(tǒng)的外加氫氣或短鏈脂肪酸等手段，避免了發(fā)酵產(chǎn)氫和氫化酶氧化等環(huán)節(jié)，大大加速了微生物—污染物之間的電子傳遞效率。開發(fā)廊道推流式生物電化學(xué)系統(tǒng)和電刺激厭氧—好氧連續(xù)流系統(tǒng)等新型工藝模式，實(shí)現(xiàn)典型難降解污染物的快速還原脫氯、脫色和脫毒，解決了限速步驟分解速率慢、微生物代謝能力低下的難題。目前為止，李智靈以第一、通訊和第二作者（第一為指導(dǎo)學(xué)生）在Environmental Science &Technology、Water Research等環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)權(quán)威期刊共發(fā)表論文25篇。

和研究室學(xué)生合照

從事研究持久性有機(jī)污染物的微生物分解轉(zhuǎn)化這么多年，李智靈一直很重視工藝上的創(chuàng)新和科研成果轉(zhuǎn)化。如今，國內(nèi)持久性有機(jī)污染物的生物降解研究發(fā)展迅速，李智靈和她的團(tuán)隊(duì)在積極推進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化的同時(shí)，也在推動(dòng)工藝往精細(xì)化發(fā)展。2017年，李智靈及其所在團(tuán)隊(duì)獲得中國原環(huán)保部環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。李智靈表示，在不久的將來有關(guān)“持久性和毒害性污染物的微生物強(qiáng)化去除”研究會(huì)有很多新的成果呈現(xiàn)出來。

對(duì)于未來，李智靈不急不躁。盡管利用微生物對(duì)環(huán)境中持久性有機(jī)污染物進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化還有很多問題有待解決，但她覺得凡事都要一步一步來。她說：“科研就是一個(gè)長期積累的過程，只要目標(biāo)明確，沉下心來去研究，問題總有解決的一天?！?/p>