Fe-Based Nanomaterials and Plant Growth Promoting Rhizobacteria Synergistically Degrade Polychlorinated Biphenyls by Producing Extracellular Reactive Oxygen Species

纳米材料 化学 根际细菌 活性氧 细胞外 环境化学 环境科学 材料科学 纳米技术 生物化学 细菌 根际 生物 遗传学
作者
Wu Ting,Yangzhi Liu,Tianying Zheng,Yunbu Dai,Zhongyu Li,Daohui Lin
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (34): 12771-12781 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c02495
摘要

Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) produce extracellular reactive oxygen species (ROS) to protect plants from external stresses. Fe-based nanomaterials can potentially interact with PGPR and synergistically degrade organic pollutants, yet they have received no study. Here, we studied how the interaction between a typical PGPR (Pseudomonas chlororaphis, JD37) and Fe-based nanomaterials facilitated the degradation of 2,4,4'-trichlorobiphenyl (PCB28), by comparing the zerovalent iron of 20 nm (nZVI20), 100 nm (nZVI100), and 5 μm; iron oxide nanomaterials (α-Fe2O3, γ-Fe2O3, and Fe3O4) of ca. 20 nm; and ferrous and ferric salts. Although all Fe materials (0.1 g L-1) alone could not degrade aqueous PCB28 (0.1 mg L-1) under dark or aerobic conditions, nZVI20, nZVI100, α-Fe2O3, and Fe2+ promoted PCB28 degradation by JD37, with the half-life of PCB28 shortened from 16.5 h by JD37 alone to 8.1 h with nZVI100 cotreatment. Mechanistically, the nanomaterials stimulated JD37 to secrete phenazine-1-carboxylic acid and accelerated the NADH/NAD+ conversion, promoting O2*- generation; JD37 increased Fe(II) dissolution from the nanomaterials, facilitating *OH generation; and the ROS gradually degraded PCB28 into benzoic acid through dihydroxy substitution, oxidation to quinone, and Michael addition. These findings provide a new strategy of nanoenabled biodegradation of organic pollutants by applying Fe-based nanomaterials and PGPR.
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