近年来,磁性纳米粒子因其兼具独特的磁学特性和模拟酶的催化特性而备受瞩目。但人工合成的磁性纳米粒子易聚集、生物相容性较差,合成过程的环境成本高,使它的发展和应用受到了限制。纳米粒子的微生物合成方法因其可消除或减少合成过程中的毒性原料和副产物而越来越受到人们的重视。磁性纳米粒子的微生物合成是一种绿色的、环境友好的新型磁性纳米材料的合成策略,指的是利用自然界中的细菌、真菌和放线菌等微生物的生长在常温和常压下通过胞内或胞外矿化合成磁性纳米粒子,称为生物合成磁性纳米粒子(Biogenic magnetic nanoparticles,BMNPs)。本文针对人工合成的磁性纳米粒子的不足,展开了磁性纳米粒子的微生物合成及其类酶特性和应用方面的研究。从环境样晶L品中筛选并经鉴定获得一株新的产磁性纳米粒子的细菌菌株,研究生长条件对该菌株及其胞内BMNPs形成的影响,从菌体细胞中纯化获得BMNPs,表征其成分和磁学特性,研究了其类过氧化物酶及类过氧化氢酶的催化性质和机理,并将其应用于H2O2、葡萄糖的分析检测和有机污染物的降解。从松花江底泥的泥水混合物中成功分离得到一株在微好氧条件下胞内产磁性纳米粒子的菌株YN01。经生理生化和16S rDNA鉴定后,发现该菌株属于伯克霍尔德氏菌,将其命名为Burkholderiasp.YN01。这是首次发现伯克霍尔德氏菌胞内可产磁性纳米粒子。研究了pH、氧浓度、碳源、氮源、铁源、温度、培养时间对菌株YN01的生长及其胞内合成磁性纳米粒子的影响。适合YN01生长及磁性细胞产生的的最适pH为6.7,培养体系中氧浓度大于12%时,YN01的生长速度较快,但磁性细胞的产率接近于0,最适合磁性纳米粒子合成的氧浓度范围为0-6%,最适合菌株YN01生长及磁性细胞产生的碳源为浓度在500 mg/L左右的琥珀酸和酒石酸组成的混合碳源,氮源为浓度150 mg/L左右的硝酸钠,铁源为浓度在20-25 μM之间的奎尼酸铁,最适培养温度为30℃。菌株YN01在优化的生长培养基中生长时,胞内磁性纳米粒子的大小,以及菌体自身的长度都随培养时间的加长而增长,培养时间为2-3 d时,菌体生长状况良好,且胞内磁性纳米粒子大小适中,粒径在75-150 nm之间。当培养时间到达7 d时,菌体呈衰亡状态,视野中菌体碎片较多,胞内磁性纳米粒子粒径较大,可达300 nm。采用超声破碎、高速离心、磁铁吸附的方法成功的从菌株YN01细胞内提取获得纯的磁性纳米粒子(BMNPs),产率为1.89 mg/L培养液。经透射电子显微镜(TEM)观察,以及X-射线粉末衍射(XRD)和X-射线电子能谱(XPS)鉴定后,确定菌株YN01产磁性纳米粒子为有生物膜包裹的大小约为80 nm的立方晶系Fe3O4磁性纳米粒子。为表征该BMNPs的磁学特性,采用物性测量系统(PPMS)测量了 BMNPs的磁滞回线,并推导其磁滞参数。BMNPs的磁滞回线为正常的宽腰型曲线,表现为铁磁性。磁滞参数矫顽力(Bc)和剩磁矫顽力(Bcr)分别为35.6 mT和43.2mT。饱和剩磁强度和饱和磁化强度的比值(Mrs/Ms)为0.47,接近0.5,表明其为单磁畴晶体。菌株YN01胞内产BMNPs具有内在的类过氧化物酶的催化活性,其催化能力和BMNPs浓度呈线性关系,具有pH和温度依懒性,在酸性条件下,催化能力较强。BMNPs的催化动力学符合典型的Michaelis-Menten方程。BMNPs对底物四甲基联苯胺(TMB)的亲和能力大于天然过氧化物酶(HRP),催化能力大于HRP。通过电化学实验和电子顺磁共振光谱(ESR)图谱分析探讨了催化反应机理,BMNPs类酶活性的来源与羟基自由基的产生和催化过程中的电子传递机制均有很大关系。基于BMNPs类过氧化物酶的催化活性,将其应用于检测H2O2和葡萄糖。H2O2的检测线性范围为:0.01-8 mmol/L,检测限是5μmol/L。检测葡萄糖的线性范围是0.01-5 mmol/L,检测限是5 μmol/L,此方法具有良好的选择性。BMNPs作为过氧化物酶的模拟物,具有高效催化降解芳香族化合物苯酚和偶氮类染料刚果红的能力,且经过7次回用后,BMNPs仍然保持较高的降解活性。发现菌株YN01产BMNPs在pH 7以上还具有类过氧化氢酶的催化活性,研究了其类过氧化氢酶活力的影响因素、催化动力学和稳定性。结果表明:该类酶活性具有BMNPs浓度、pH和温度依赖性,随着BMNPs浓度、pH和温度的升高,催化能力逐渐增加。和天然过氧化氢酶相比,BMNPs在高pH和高温下具有较高的稳定性,且不易受抑菌剂叠氮钠的影响。BMNPs催化的米氏常数小于天然过氧化氢酶,说明BMNPs对底物H2O2的亲和能力高于天然酶。BMNPs和天然酶的催化常数Kcat和Kcat/Km比值比较接近,表明BMNPs具有较高的类过氧化氢酶的催化活性。基于BMNPs电化学还原H2O2的能力,制备了电化学传感器,将BMNPs应用于H2O2的电化学检测。检测的线性范围为10μmol/L-4mmol/L,检测限为 5 μmol/L。首次发现生物合成Fe3O4磁性纳米粒子除具有内在的类POD和类CAT活性之外,还具有另一重要抗氧化酶SOD的类酶活性。通过添加2-甲氧雌二醇(2-ME)抑制YN01胞内SOD的表达,发现Fe3O4磁性纳米粒子在菌体胞内的形成既可以消除铁的毒害作用,又可以发挥自身内在的类SOD活性清除过量的ROS,这是首次报道的细菌细胞内合成Fe3O4磁性纳米粒子的一个新的生理功能。通过添加氨基苯甲酰肼(ABAH)抑制YN01胞内的POD活性,发现菌体细胞内的H2O2含量迅速增加而积累,但是随着时间的推移,H2O2在胞内的累积逐渐变少,同时培养基内表层出现少量气泡,但与不加抑制剂的对照组相比,添加POD抑制剂培养72 h后的BMNPs的产量明显降低,分析原因为POD被抑制后,BMNPs发挥类CAT的活性分解胞内累积的H2O2,并产生O2,而培养体系中O2含量的增加导致了 BMNPs产量的降低。这也是关于生物合成Fe3O4磁性纳米粒子在菌体细胞内发挥类CAT功能清除H2O2的首次报道。