——记哈尔滨工业大学环境学院副教授李智灵

　　□　庞红硕
　　
　

　
　　现代工业特别是石油化工、农药产业的不断发展，使进入自然环境的化学物质种类和数量越来越多，已经远远超过了自然界的恢复能力。近年来，持久性有机物对环境的污染及带来的危害越来越引起人们的注意，大量的学者投入到有机污染物生物降解研究当中，哈尔滨工业大学环境学院副教授李智灵就是其中的一员。她以水土环境中毒害性和难降解污染物的微生物强化去除为研究重点，在持久性有机污染物的微生物强化分解转化领域取得了一系列有创新性的丰硕的研究成果。近年来，在环境领域顶级期刊Water Research，Environmental Science &Technology等发表SCI论文40余篇，论文他引500余次，H因子为16。2014年，李智灵获得日本生物工学会亚洲青年科研奖励奖（The Dasilva Award)，该奖项授予在微生物领域有潜力的35岁以下亚洲籍青年研究人员且每年只奖励1人。2015年，李智灵获得中国微生物生态青年科技创新奖一等奖。2018年，李智灵作为编辑在德国Springer-Verlag出版社出版专著一部“Bioelectrochemistry Stimulated Environmental Remediation”。
　　

识“微”见远

　　2001年5月22日，包括中国在内的90个国家在瑞典斯德哥尔摩签署一项公约，决定禁止或限制使用艾氏剂、灭蚁灵、滴滴涕等12种持久性有机污染物，这12种持久性有机污染物能够沿着食物链传播并在动物体内的脂肪聚集。它们会引起过敏、先天缺陷、癌症、免疫系统和生殖器官受损。它们都属于环境激素，即使浓度极小，也会影响人类的内分泌系统。即使这些持久性有机污染物已经被禁止或限制使用，但这些污染已经在土壤和水中长期存在，不仅难以生物降解，而且流动性很强，能够在世界范围内广泛传播。实际上持久性有机污染物已经成为在环境中广泛存在并严重威胁人类健康的全球性环境问题。
　　2000年，李智灵进入中国地质大学环境工程系，开始对持久性有机污染物有所了解。当时，国内对持久性有机污染物的基础研究和应用研究基础都比较薄弱，研究的广度和深度都落后于发达国家。虽然当时已经有学者开始关注持久性有机污染物的生物治理法，却没有引起重视。当时还是学生的李智灵通过了解与学习，已经认识到微生物在环境污染治理和生态修复过程中发挥着重要的作用。在中国地质大学相继完成本科学业和硕士学业后，李智灵进入日本名古屋大学继续深造，师从EcoTopia科学研究所副所长片山新太教授，并获得日本政府（文部科学省）奖学金全额资助。“其实当时我也选了很多美国学校，但是片山新太老师的研究方向与我硕士期间的研究方向十分相近。当时，我的一位学姐也在日本，所以思考了一段时间后还是决定去日本。”李智灵说道。
　　在日本，李智灵一待就是近6年。在这期间，李智灵依托名古屋大学这个日本顶尖、国际一流的研究型国立综合平台对微生物在环境污染治理和生态修复过程中的作用进行了深入研究，并作为核心人员参与“厌氧微生物技术原位分解卤代烃及相关机制研究”“厌氧微生物作用于新型微孔材料的研究”等多项日本国家级科研项目。2013年，李智灵结束日本的博士后工作后回到祖国，落脚哈尔滨工业大学。日本的留学经历让她具备了很强的科研能力、丰富的科研经验和国际化的研究视野。目前主持包括国家自然科学基金、国家博士后基金特别资助、黑龙江省自然科学基金、国家重点实验室开放课题在内的多项国家级课题。参加微生物生态、生物技术领域国际大会并作邀请报告和口头报告近20次，申请并授权发明专利10余项，研究成果普遍受到业内专家肯定。
　　

研精究“微”

　　传统的微生物降解持久性有机污染物的过程中，对功能微生物的分离和筛选是十分关键的一步。李智灵从自然环境中通过驯化、筛选、分离得到了能去除卤代芳香族污染物的有效菌种，补充了难降解有机污染物分解菌的种质资源。然而，基于污染物的毒性，分离株很难达到彻底脱毒污染物的目的。因此如何让分离出来的微生物更好地与其他微生物在环境中共生并有效协同达到污染物彻底脱毒的目的呢？
　　针对这一问题，李智灵基于微生物种群共生和互生的生态学原理，提出了用“厌氧发酵—还原脱溴—氧化分解”3个步骤实现卤代芳烃厌氧矿化的新思路，以及通过建立菌群的优化培养和有效规避功能菌与非功能菌群的营养竞争，长效维持矿化功能的操控策略。李智灵在毒害性污染物的微生物强化去除工艺上构建了卤代芳烃微生物厌氧矿化新工艺，通过优化调控营养条件、外源电子供/受体条件，实现发酵产氢菌群、还原脱卤菌群、氧化分解菌群和嗜氢产甲烷菌群的协同共生和互作以及五氯酚，2,4,6-三溴酚，4-氯酚等典型卤代芳烃的长期厌氧矿化和快速彻底脱毒，解决了卤代芳烃厌氧生物分解过程转化不彻底和毒害性产物积累的难题。以上成果李智灵以第一作者发表在Environmental Science & Technology、Bioresource Technology等环境领域内权威期刊。
　　值得一提的是，对于毒害性污染物硫，李智灵从分子和基因层面揭示反硝化脱硫功能自养和异养微生物的互作关系和群落演替规律，明确核心功能微生物在生物硫回收过程的作用机制，提出了基于膜反应原理的原位单质硫回收新型工艺，实现了高污染物负荷条件下单质硫的高效回收和原位分离。她还根据硫酸还原和反硝化生态位分离的原理，开发出转筒型反硝化脱硫反应器，实现了硫酸盐、硝酸盐和COD的高效同步去除。这有效解决了传统生物除硫过程可控性差、硫回收效率低和分离困难等难题。相关成果李智灵以通讯作者发表在Water Research、Journal of Hazardous Materials等环境领域内权威期刊。这些成果为我国水土环境中难降解和毒害性有机物的生物原位修复强化提供了策略和技术支持。
　　

积“微”成著

　　李智灵对氯代芳香有机化合物的微生物分解与转化一直在进行深入的研究，针对其分解速率慢、微生物代谢能力低下等问题，李智灵提出了外加恒定负电位提供外源电子激活微生物的厌氧呼吸代谢的策略。
　　2015年，李智灵主持了国家自然科学基金（青年）项目“生物阴极加速氯代烃污染物还原脱氯及作用机制”。她基于电刺激提供外源电子供体强化生物脱色脱卤的原理，实现了典型难降解污染物的快速还原脱氯、脱色和脱毒。阐明了生物阴极加速难降解污染物的本征：通过微弱外加电压输入，为难降解污染物提供额外的电子供体和还原力。较传统的外加氢气或短链脂肪酸等手段，避免了发酵产氢和氢化酶氧化等环节，大大加速了微生物—污染物之间的电子传递效率。开发廊道推流式生物电化学系统和电刺激厌氧—好氧连续流系统等新型工艺模式，实现典型难降解污染物的快速还原脱氯、脱色和脱毒，解决了限速步骤分解速率慢、微生物代谢能力低下的难题。目前为止，李智灵以第一、通讯和第二作者（第一为指导学生）在Environmental Science & Technology、Water Research等环境领域内权威期刊共发表论文25篇。
　　从事研究持久性有机污染物的微生物分解转化这么多年，李智灵一直很重视工艺上的创新和科研成果转化。如今，国内持久性有机污染物的生物降解研究发展迅速，李智灵和她的团队在积极推进科研成果转化的同时，也在推动工艺往精细化发展。2017年，李智灵及其所在团队获得中国原环保部环境保护科学技术奖一等奖。李智灵表示，在不久的将来有关“持久性和毒害性污染物的微生物强化去除”研究会有很多新的成果呈现出来。
　　对于未来，李智灵不急不躁。尽管利用微生物对环境中持久性有机污染物进行分解转化还有很多问题有待解决，但她觉得凡事都要一步一步来。她说：“科研就是一个长期积累的过程，只要目标明确，沉下心来去研究，问题总有解决的一天。”