生物处理技术由于兼具环境效益与经济效益，仍然是目前污水处理的主流处理工艺。但是随着总氮指标纳入管控以及集约式养殖发展模式下抗生素废水排放量的增大，微生物有限的电子传递效率不仅造成原有生物处理工艺的出水总氮不能稳定达标，而且导致外排水中抗生素和硝酸盐残留浓度较高，从而对自然水体造成非常严重的污染。因此，寻求可行的策略来强化生物处理工艺的反硝化和抗生素降解性能迫在眉睫。而纳米粒子在提高微生物的电子传递和代谢活性方面展示出前所未有的优势。本研究试图通过微生物原位合成具有高催化活性和高生物相容性的生物钯纳米颗粒（bio-Pd0），结合bio-Pd0的化学催化以及对微生物电子传递的生物介导作用，提高微生物的反硝化效率以及抗生素降解性能，并揭示bio-Pd0强化污染物降解的全过程电子传递机制和能量代谢优化策略。

第一章 引言
1.1 环境中抗生素的危害及来源
1.2 四环素类抗生素和硝酸盐在水生介质中的检出情况
1.2.1 四环素类抗生素在水生介质中的检出情况
1.2.2 硝酸盐在水生介质中的污染情况
1.3 抗生素生物降解技术的局限性
1.4 纳米粒子加快微生物代谢研究
1.5 生物纳米粒子研究现状
1.6 生物纳米粒子对微生物电子传递的影响
1.6.1 胞外电子传递机制
1.6.2 纳米粒子介导微生物胞外电子传递机制研究
1.6.3 生物纳米粒子在环境污染修复中的应用
1.7 科学问题的提出
1.8 研究思路
1.8.1 研究意义与目的
1.8.2 研究内容
1.8.3 技术路线图
第二章 实验材料与方法
2.1 实验试剂与实验仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器
2.1.3 菌株
2.2 B.megaterium Y-4原位合成生物纳米钯
2.2.1 细菌浓缩液的制备
2.2.2 B.megaterium Y-4原位合成bio-Pd0纳米粒子
2.2.3 粗酶提取液合成bio-Pd0纳米粒子
2.2.4 不同的电子供体对bio-Pd0纳米粒子合成的影响
2.3 bio-Pd@Cells的胞内好氧反硝化性能研究
2.3.1 细菌的驯化
2.3.2 生物钯负载量对bio-Pd@Cells好氧反硝化性能的影响
2.3.3 不同呼吸抑制剂对bio-Pd@Cells好氧反硝化性能的影响
2.4 bio-Pd@Cells的OTC胞外生物降解研究
2.4.1 不同Pd0负载量的bio-Pd@Cells的OTC降解性能
2.4.2 生物钯纳米粒子的分离
2.4.3 生物钯纳米粒子催化OTC降解
2.4.4 不同细胞组分对OTC降解的贡献分析
2.4.5 不同呼吸抑制剂对bio-Pd@Cells的OTC降解性能的影响
2.5 质子梯度调控bio-Pd@Cells的电子传递研究
2.5.1 胞外pH值对bio-Pd@Cells的OTC降解性能的影响
2.5.2 胞外pH值对不同细胞组分OTC降解性能的影响
2.5.3 不同抑制剂对bio-Pd@Cells的跨膜电子传递和质子转移的影响
2.6 分析测试方法
2.6.1 Pd(Ⅱ)浓度的测定
2.6.2 生物钯纳米粒子的表征
2.6.3 酶活性测试方法
2.6.4 常规化学检测
2.6.5 荧光定量PCR测试
2.6.6 跨膜质子梯度和膜电位的测定
2.6.7 活性氢物种测定
2.7 电化学分析测试
2.7.1 电化学交流阻抗
2.7.2 循环伏安法
2.7.3 差分脉冲伏安法
2.7.4 线性扫描伏安法
2.7.5 恒电位计时电流(I-t)法
2.7.6 供电子能力测试
2.8 动力学模型
2.8.1 生物钯合成动力学模型
2.8.2 Haldane模型
2.8.3 吸附降解模型
2.9 热力学分析
第三章 B.megaterium原位合成生物钯的自催化还原动力学及合成机理研究
3.1 引言
3.2 生物钯纳米粒子的成功合成
3.3 基于生物还原和自催化反应的生物钯合成动力学
3.4 Pd(Ⅱ)的生物还原机理
3.4.1 细胞组分对Pd(Ⅱ)还原的贡献分析
3.4.2 胞外电子传递介导Pd(Ⅱ)生物还原
3.4.3 碳源调控Pd(Ⅱ)还原路径
3.5 本章小结
第四章 生物钯强化好氧反硝化的胞内电子传递机理研究
4.1 引言
4.2 生物钯促进好氧反硝化反应动力学
4.3 生物钯提高硝酸盐和亚硝酸盐还原热力学自发性
4.4 生物钯对：ETS活性、反硝化酶活性和基因丰度的影响
4.5 生物钯对胞内电子传递的影响
4.6 生物钯介导并加速胞内电子传递机制
4.7 本章小结
第五章 生物钯强化土霉素的胞外降解和脱毒机制研究
5.1 引言
5.2 生物钯介导土霉素的催化降解
5.3 H2/H*在OTC降解中的作用
5.4 生物钯对胞内电子传递、能量代谢和生物毒性的影响
5.5 生物钯介导土霉素的胞外生物降解
5.6 OTC降解路径分析
5.7 生物钯纳米粒子的稳定性和OTC的可持续降解性
5.8 本章小结
第六章 跨膜质子梯度对跨膜电子传递与能量代谢的调控机制研究
6.1 引言
6.2 胞外pH值对bio-Pd@Cells的OTC生物降解性能的影响
6.3 跨膜质子梯度对bio-Pd@Cells胞内生物代谢的影响
6.4 OTC生物降解的能量代谢策略研究
6.5 质子梯度对OTC胞外降解的调控机制
6.6 复合物Ⅲ是OTC胞外降解的关键电子跨膜输出位点
6.7 NADH依赖性的复合物I是OTC胞外降解的主导电子入口
6.8 质子梯度强化OTC生物降解的机理
6.9 本章小结
第七 章结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
附录 主要符号表