2013年, 第49卷, 第6期　
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  三好氧细菌诱导碳酸矿物形成的对比研究

  李福春1*，郭文文1, 2

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 665.

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  研究微生物诱导碳酸盐矿物形成的能力对于理解碳酸盐的微生物矿化机理具有重要的意义。微生物参与下碳酸钙系列矿物的形成过程既与微生物本身的性质有关，而且还与物理化学条件密切相关。因而，实验条件相同是对不同微生物矿化能力开展对比研究的前提。目前，针对不同类型微生物的矿化能力而开展的对比研究工作还相当缺乏，相关的认识主要是基于各研究者根据微生物类型来确定实验条件（尤其是培养基成分）进而开展实验所获得的结果。为了对比研究不同微生物在促进碳酸盐矿物形成以及对所形成矿物种类和形态的影响，本文利用从同一土壤样品中分离得到的三种好氧细菌－蜡状芽孢杆菌（GW-1菌株）、赖氨酸芽孢杆菌（GW-2菌株）和微杆菌（GW-3菌株）在B4培养基中、在完全相同的条件下进行了为期40 d的培养实验。测定了沉淀物重量、溶液的pH值和电导率，并利用SEM 和XRD技术对矿物形态和组成进行了观察和测定。实验结果表明：（1）三株细菌均具有诱导碳酸盐矿物形成的能力，其能力的大小顺序为：GW-2菌株＞GW-1菌株＞GW-3菌株；（2）细菌死亡后的自溶过程使溶液pH值升高；（3）GW-1菌株和GW-2菌株作用下分别形成四方双锥状方解石和半球状方解石，而GW-3菌株则有利于形成球状球霰石。此外，文中还讨论了细菌促进碳酸盐矿物形成的主要过程，认为细菌在新陈代谢过程中将有机氮源转化为NH4+和死亡细菌的自溶可能是导致溶液pH值升高并促进碳酸盐矿物沉淀的主要过程，细菌呼吸作用产生CO2及其后的化学过程是细菌将有机碳源转化为无机碳沉淀的主要途径。
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   菱锰矿的微生物矿化实验研究

   陈笑夜，陆现彩**，刘 欢，李 娟，朱翔宇

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 673.

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   菱锰矿是沉积锰矿的主要矿石矿物类型，有研究表明生物作用有助于菱锰矿的形成和沉积。本文从栖霞山石炭系含锰沉积风化产物中分离获得两株芽孢杆菌属细菌，在使用PCR技术鉴定菌种的基础上，通过模拟实验研究了该菌在含Mn2+溶液中促进锰矿物沉淀的现象。利用X射线衍射分析、扫描电子显微镜和X射线吸收精细光谱等分析方法，研究了细菌参与下形成的富锰沉淀的矿物物相组成。实验结果表明，细菌显著促进了菱锰矿的沉淀，在此基础上进一步探讨了细菌在锰矿化过程中的贡献。本项实验丰富了富锰沉积的微生物成因研究。
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  铜陵狮子山铜金矿废矿石的矿物组成及其环境意义

  李 娟，陆建军*，陆现彩，刘 欢，朱翔宇，欧阳冰洁

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 689.

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  矿山废弃物会造成潜在的环境灾害，金属硫化物的氧化是重金属的主要释放源。因此，确定废矿石的次生矿物种类、分布及成因，可对确定控制酸化、释放重金属的矿物提供依据。本文的工作对采自安徽铜陵狮子山铜金矿废石堆的6件样品进行矿物学、地球化学分析，利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜对其进行矿物组成、矿物表面显微形貌观察和成分分析。样品中原生矿物主要包括黄铁矿、闪锌矿和石英等，次生矿物主要包含伊利石、钠长石、针铁矿、褐铁矿、赤铁矿、黄钾铁矾等。次生矿物的形成与环境中生物的作用密切相关，在不同的条件下，黄铁矿暴露在矿山环境中，经氧化、储存形成各种形态、不同类别(Fe的硫酸盐类、Fe的氧化物/氢氧化物类)的次生矿物。此过程对形成AMD及重金属元素As的释放造成环境污染起了很大的作用。
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  毒砂在酸性溶液中的水-矿表界面反应机制研究

  胡潇潇1，蔡元峰1，2，李娟2，潘宇观2

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 698.

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  为了解毒砂（Apy）在风化过程中其矿物表面的化学成分的变化和风化进程，并评估这一过程及其产物带来的潜在环境风险，我们采用边长切割为2.5mm左右具有“立方体”外形的毒砂样品，将其分别与pH为0、1、3的硫酸溶液在反应釜中进行100-300℃的水矿反应实验。对反应淋出液进行了电感耦合等离子原子发射光谱（ICP-AES）分析，并对反应残余固体进行了包括表面产物的X射线光电子能谱（XPS）、电子探针微分析（EPMA）、X射线粉晶衍射测试（XRD）及扫描电子显微镜（SEM）形貌观察等分析和测试。本研究的ICP-AES测试结果表明，有大量的砷（As）进入溶液（其价态未测定），且随着温度的升高或酸浓度的增加，溶液中的As离子浓度显著升高。对反应产物的形貌观察（SEM）显示，毒砂的溶解反应从矿物颗粒的裂隙边缘和立方体边缘部位开始进行，反应界面逐步向立方体内部迁移。XPS对反应残余固体表面的元素窄扫描显示，表面有Fe3+、S8、SO32-、SO42-、As3+、As5+和少量的As1+生成，其中含量较多的是As3+离子。样品的As2p3/2 深度剖析显示，随着剥蚀深度的增加，还原态As含量增加，而氧化态As含量减少，表明反应促使毒砂氧化，生成氧化态As。由于氧化态的As大量转移至溶液中，暗示了毒砂的氧化造成了As元素从含As的矿物、岩石中溶解活化，并通过地下水等方式参与地表及地下水循环，从而对生态环境构成巨大的潜在威胁。
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   硫酸盐还原菌作用下磁性铁氧化物的分解及磁性变化

   周跃飞,庆承松,汪国威,谢巧勤, 陈天虎**

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 710.

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   研究了硫酸盐还原菌作用下磁性铁氧化物分解的过程及对体系磁性的影响. 实验主要考查了有/无菌及有菌+有/无硫酸盐条件下体系中物相组合、磁化率、形貌等随时间的变化. 结果表明, 研究使用的细菌具有以磁性铁氧化物为电子受体进行生长的能力; 无硫酸盐条件下, 细菌作用导致多孔磁性铁氧化物还原分解并产生超顺磁纳米微粒, 相应提高体系磁化率; 有硫酸盐条件下, SRB及代谢产物S2-还原分解磁性铁氧化物, 生成无定形铁硫化物附着于矿物表面, 体系磁化率降低. SRB—磁性铁氧化物交互作用过程中, 磁化率变化受硫酸盐、矿物种类和性质的共同制约.
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  硫酸盐还原菌EPS）去除重金属离子Cd2+过程中的交互作用研究

  彭书传，虞艳云，万正强，李明明，陈天虎，岳正波**

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 718.

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  本文以硫酸盐还原菌（Sulfate reducing bacteria, SRB）为试验菌株，探讨了重金属Cd2+对SRB胞外聚合物（Extracellular polymeric substances, EPS）组分和含量在，分别测定总产气量、Cd2+浓度以及EPS中蛋白质、多糖、核酸含量。实验结果表明试验菌株对Cd2+的最大耐受浓度为28.0 mg ? L-1；反应结束后Cd2+的去除率可以达到99%，而其中EPS的贡献率最大可以达到10%；蛋白质是SRB菌EPS的最主要组分；固态样品的SEM-EDS表征结果显示Cd2+与H2S生成CdS沉淀从而达到了固定Cd2+的作用。
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  2,4-二氯苯酚对硫酸盐还原菌生长及代谢速率的影响

  李 碧1,2，庆承松1,2*，陈天虎1,2*，王 进1,2，岳正波1,2，孔殿超1,2，周跃飞1,2

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 725.

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  氯酚类有机物属于高毒性、难降解有机污染物，在自然环境中分布广泛。本文以2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）为氯酚类物质的典型代表，以硫酸盐还原菌（SRB）为出发菌株，通过改变培养基中2,4-DCP的浓度，观测菌体浓度、硫酸盐还原速率和菌体形貌等的变化，探讨不同浓度2,4-DCP对SRB生长和代谢活性的影响。结果发现，在整个培养过程中2,4-DCP浓度基本没有发生变化，表明纯培养SRB并没有降解转化2,4-DCP，然而2,4-DCP存在却对SRB生长和代谢活性产生两个方面的重要影响。当2,4-DCP浓度为20 mg/L时，SRB生长和代谢受到抑制；2,4-DCP浓度为50 mg/L时，SRB基本失活；然而，当2,4-DCP浓度为2 mg/L、5 mg/L时SRB生长速率加快，与空白对照相比，SRB最大生长速率提高了160.83%，代谢还原硫酸盐的速率提高了82.48%。这一结果对认识厌氧沉积环境中难生化降解有机污染物对微生物代谢活性的影响具有重要意义。
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  水口山铅锌矿成因探讨

  路 睿，徐兆文，陆建军，左昌虎，赵增霞，缪柏虎

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 732.

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  本文在野外地质工作基础上，运用流体地球化学和同位素地球化学方法，通过流体包裹体和SPb、C-O同位素研究，探讨水口山铅锌矿床物理化学条件和物质来源。均一温度介于92℃～345℃之间，盐度介于0.35%～19.84% NaCl eq.之间流体密度0.668 g/cm3～1.083g/cm3，均为0.929g/cm3估算压力约18.3MPa，推测成矿深度约1.8km。矿石δ34S介于-2.42‰～-0.23‰之间，均值为-1.10‰，说明矿石中的硫主要来源于岩浆，并受到地壳物质混染。矿石206Pb/204Pb介于18.444～18.538之间，均值为18.150；207Pb/204Pb介于15.654～15.783之间，均值为15.726； 208Pb/204Pb介于38.627～39.066之间，均值为38.872，表明矿石中的铅主要来源于地壳。地层中灰岩δ13CVPDB介于-0.5‰～0.3‰之间，均值为0‰，δ18OSMOW介于14.1‰～16.8‰之间，均值为 15.5‰；含矿方解石δ13CVPDB介于-1.8‰～-0.7‰之间，均值为-1.3‰，δ18OSMOW介于15.0 ‰～16.5 ‰之间，均值为16.0‰。矿石碳、氧同位素与地层灰岩中碳、氧同位素值大致相近，表明矿石中碳主要来源于上古生代的灰岩。流体包裹体研究和同位素示踪，并参照前人研究成果，水口山铅锌矿床形成于浅成低温环境，成矿物质主要来源于地壳。
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  河南新县地区早白垩世花岗岩矿物温压计研究

  赵增霞1，杨小男2，陈伟1，李红超1，左昌虎1，徐兆文1*

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 747.

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  在野外地质调查、岩相学和岩石化学研究基础上，本文通过新县花岗岩岩基、宝安寨花岗岩体和大银尖花岗岩体的全岩锆饱和温度、斜长石—碱性长石平衡温度和绿泥石蚀变温度的计算，参照前人研究成果，阐述新县地区早白垩世花岗岩形成时的温度、压力和深度以及与成矿的关系等。研究表明，新县花岗岩岩基、宝安寨花岗岩体和大银尖花岗岩体的全岩锆饱和温度分别为759 ℃、773 ℃、748 ℃，代表各自岩体形成时的上限温度；二长石平衡温度分别为358 ℃、454 ℃、467 ℃左右，代表各自岩体形成时的下限温度。黑云母全铝压力计计算所得成岩压力分别为1.15 kbar ~2.01 kbar、 0.86 kbar ~2.31 kbar以及1.46 kbar ~2.54 kbar，对应各自成岩深度分别为4.3 km~7.6 km 、3.3 km~8.7 km、5.5 km~9.6 km，表明岩体侵位于地壳上部。绿泥石主要为斜绿泥石，形成于还原环境，蚀变温度分别为285 ℃、313℃和303 ℃，与成矿流体沸腾作用时温度大致相近。
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  CTAB改性累托石对DNA的吸附性能研究

  侯雅琨1,吴平霄1,2,3,朱能武1,2,3

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 762.

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  以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对累托石进行改性。采用XRD、FTIR、Zeta电位仪等表征手段对改性前后的材料进行表征，结果显示CTAB成功通过离子交换作用插层进入累托石层间，并改变了累托石的表面电荷。通过DNA浓度、溶液pH、解吸率等变量对比研究改性前后累托石对DNA的吸附性能。结果显示，改性后累托石对DNA的吸附量大大增加，能适应不同pH条件，吸附稳定性也显著增强。
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  两株土壤菌与蒙脱石相互作用的实验研究*

  赵玉连1，代群威1,2**，董发勤2，蒋沁芮1，唐 俊1，陈 武3

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 767.

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  本文主要目的是探讨两株土壤菌与蒙脱石相互作用过程。选取了土壤中革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌各1株，分别与钙蒙脱石相互作用。在实验中，对葡萄糖消耗率、pH值随时间的变化趋势进行分析，发现蒙脱石对两株土壤菌的生长有一定的缓冲促进作用。蒙脱石在与土壤菌作用后，矿物晶体结构发现变化，层间距增大，C轴方向堆垛有序程序降低；FTIR分析结果表明，蒙脱石与土壤菌作用后，不仅出现了来自土壤菌的新峰，而且粘土矿物结构基团分子环境也发生改变，说明土壤菌在生长代谢产物进入蒙脱石矿物层间域内，使得蒙脱石底面间距增大。对比两株土壤菌对蒙脱石的作用效果可知，革兰氏阳性菌起着主导作用。
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  高斯叠代法研究相控阵栅瓣的优化*

  邱媛媛1，许 阳2

  南京大学学报(自然科学版). 2013, 49(6): 782.

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  高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound，HIFU)是一种新兴的治疗肿瘤的技术，将声波能量聚焦到人体组织内的靶区，产生热效应消融肿瘤组织，而不损伤正常组织。HIFU中的相控阵技术可以根据病灶区域的深度以及大小通过控制多阵元发射声束的相位与幅度，实现焦点的精确控制，并可实现多焦点聚焦及电子扫描。相控阵在聚焦超声治疗应用中不可避免地受到栅瓣的影响，本文结合高斯声束叠加与相控阵技术中的伪逆矩阵算法研究相控阵的声场，并对栅瓣进行优化研究。该方法利用预设焦点参数并应用伪逆矩阵算法得到阵元的激励参数；然后将阵元近似拟合成一组高斯声束的叠加，通过高斯声束叠代计算声场。数值计算中以9×9二维相控阵列为研究对象；线性条件下，高斯叠代法结果与菲涅耳积分结果的误差低于1%，验证了该方法的可行性；二维相控阵在单焦点模式下减小阵元间距可以有效抑制旁瓣，但不能完全抑制。进一步的实验研究将进一步优化理论模型。本文的结果将有效促进相控阵聚焦换能器在HIFU中的应用。