目前,有毒难降解有机污染物和重金属类物质造成的水污染问题相当严峻。微生物修复法是控制这两类污染物的有效途径。然而,在厌氧条件下,微生物代谢缓慢及自身电子转移的局限性,导致这些污染物的厌氧还原速率较低。醌类物质能够加速电子从初级电子供体到最终电子受体的传递速度,使污染物的还原速率提高一到几个数量级。因此,醌类物质在上述环境污染物化学/生物还原中的应用受到人们的关注。由于溶解态醌会随出水流失对环境造成二次污染,固定化醌更具有实用价值。基于上述背景,本论文旨在开发新型醌介体改性材料,研究其强化含氮芳香化合物及六价铬还原性能,并探索细菌对醌介体改性材料的基因表达响应。以涤纶布(PETFC)为载体,应用两步共价化合方法制备得到醌介体改性涤纶布(AQS-PETFC),并研究了AQS-PETFC强化含氮芳香化合物还原的性能。结果表明：涤纶布表面醌基固定量可达到0.012 mmol·g-1 cloth; AQS-PETFC (0.05 mM)可将多种偶氮染料及硝基芳香化合物的厌氧生物还原速率提高1.6-3.7倍；AQS-PETFC可用作生物载体,长期工作时表面的醌基基团可能会被微生物及其分泌物覆盖,需定期进行清理。以还原后的氧化石墨烯(RGO)为载体,应用两步共价化合方法,制备得到醌介体改性石墨烯(AQS-RGO),并研究了AQS-RGO强化偶氮染料酸性黄36(AY 36)化学/生物还原的性能。结果表明：在石墨烯表面醌基固定量可达到0.016 mmol AQS·g-1 RGO; AQS-RGO既可以强化AY 36的化学还原,也可以强化其生物还原；AQS-RGO强化AY36化学还原时,最适pH为6,温度影响遵循Arrhenius趋势；AQS-RGO强化AY 36生物还原有剂量依赖性,本实验中100 mg·L-1的剂量强化效果最好。以氧化石墨烯(GO)为载体,通过一步醌基化反应得到醌基氧化石墨烯(Q-GOs),并研究了Q-GOs强化Cr(VI)生物还原的性能。研究表明：2-氨基蒽醌(AQ)和2-氨基-3-氯-1,4-萘醌(NQ)的固定效率分别约为2.69 mmol AQ·g-1 GO和1.93 mmol NQ·g-1GO；从活性污泥中筛选出一株兼性厌氧铬还原菌,经形态生理特性和16S rDNA鉴定命名为Acinetobacter sp. HK-1,菌株HK-1还原铬的最适条件为1 g‘L-1葡萄糖,pH为7,温度为35℃C,此时铬还原速率为3.82 mg·h-1·g-1 cell;当反应体系中加入50 mg·L-1 NQ-GO时,相同条件下铬还原速率可达到190 mg·h-1·g-1 cell,同浓度的AQ-GO强化效果不如NQ-GO;加入醌介体改性氧化石墨烯能够提高铬还原酶的活性,使细胞膜的铬还原酶活性提高18.1倍,细胞质和周质混合物的铬还原酶活性提高7.3倍。以大肠杆菌MG 1655为模式菌株,采用基因芯片技术研究了大肠杆菌对固定醌(AQSim)以及高极性偶氮染料酸性红18(AR 18)的响应,同时采用RT-PCR技术验证了基因芯片数据的准确性,用基因敲除技术验证了基于芯片数据的可能机理。研究表明：在AQSim和AR 18还原的过程中,大肠杆菌体内的基因响应是非特异性的,并且大肠杆菌细胞更容易适应AQSim体系；大肠杆菌体内有多条电子传递路径,本实验中,基于基因nrfABCD的传递路径是最重要的一条路径；位于电子传递链前端的脱氢酶(FdhF和YqhD)和末端还原酶(DmsABC, FrdBCD和NrfABCD),都能影响醌还原及偶氮染料还原的速率。