①课题来源与背景： 本项目属于国家自然科学基金项目，该课题的经费由国家自然科学基金委员会支助52万元。 在华南地区广泛存在着酸性赤红壤、砖红壤和水体沉积物，在这些表生环境中，DNA、粘土矿物等颗粒物分布广泛，且大都以胶体或微细颗粒物形式存在，含有多种活性基团，之间存在复杂的 界面作用。其中粘土矿物是酸性土壤和水体沉积物的主要组分，土壤（沉积物）中的粘土矿物的物理化学性质直接决定着土壤（沉积物）本身的物理化学特性。研究各种粘土矿物与DNA复合 体的微界面特性，可以更好地分析我国南方表生环境中土壤（沉积物）界面特性的本质及其对DNA水平基因转移的控制作用。一方面，DNA可以改变粘土矿物的表面化学性质，决定粘土矿物颗粒物在环境中是分散迁移还是凝聚沉积，甚至还影响到粘土矿物表面的吸附、溶解、结晶生长等过程， 从而控制着表生环境的生物地球化学循环。另一方面，粘土矿物的表面特性也影响着表生环境中DNA的迁移、固定、降解与聚合过程，既有表面催化促进化学分解与聚合、光降解等，又有表面吸附抑制表生迁移与生物降解，使 DNA分子能在表生环境中长久保存。本课题组全体成员近年来从事矿物表面物理化学、材料化学、水污染治理、环境生物技术和生物地球化学领域研究的理论储备和经验体会，可望在DNA/ 粘土矿物复合体微界面反应机理、微结构变化特征以及粘土矿物复合体表面活性对DNA生物地球化学行为的调控规律等方面获得突破。

     ②研究目的与意义： 通过 DNA/粘土矿物吸附实验、DNA/粘土矿物的交联柱撑实验、DNA 柱撑粘土矿物复合体 PCR 扩增实验、界面反应动力学实验及复合体的电化学与界面特性研究，探讨 DNA/粘土矿物复合体界面反应的动力学过程，及其与粘土矿物表面有机分子成键类型、络合形态等微结构变化之间的关系。为进一步揭示华南地区表生环境中粘土矿物对DNA生物地球化学行为的调控规律，阐明表生环境中 DNA/粘土矿物界面作用的动力学机制和迁移、富集、水平基因转移规律， 拓展 DNA/粘土矿物复合体在化学、分子生物学、药物等方面的应用具有重要的理论意义与潜在的应用价值。而且可为揭示生命起源、为合理开发我国丰富的粘土矿物资源、研制新型高效的基因工程材料提供科学依据。

     ③主要论点与论据： 针对表生环境中常见粘土矿物（包括阳离子粘土矿物蒙脱石、蛭石及阴离子粘土LDH）与 DNA 的界面反应、交联、络合作用及交联复合体的微结构特征；DNA 分子在粘土矿物中的交联及吸附和解吸过程的非可逆性；特别是表生环境中粘土矿物对 DNA 交联锁定作用及粘土矿物/DNA 表面分子成键类型、络合形态等微结构变化之间的关系研究鲜见报道。这一介于生物地球化学与矿物学之间，属于不同学科交叉的研究前沿，将矿物表面化学理论与 DNA分子离解络合理论相沟通结合，其在生物地球化学和矿物学研究中发挥的促进作用是巨大的。近年来，我们开展了蛋白质分子、DNA分子/粘土矿物复合体微界面反应的初步研究，并取得了一定的进展。我们初步研究了 DNA分子/蒙脱石复合体、DNA分子片断 /高岭石复合体、DNA 分子/蛭石复合体的表面荷电性，pHPZC，表面酸性。发现 DNA/高岭石的层间域没有改变，意味着DNA没有显著地进入粘土层间域。而 DNA片断交联有机蒙脱石、蛭石及 LDH其层间域有所增大，表明DNA可能进入粘土层间域。

    ④创见与创新： 1）项目选题的前沿性和学科的交叉性：本项目从天然（阳离子粘土）和合成（阴离子粘土 LDH） 两方面入手，针对不同粘土矿物和 DNA分子合成多种 DNA/粘土矿物复合体，研究其矿物学、电化学、微结构和光催化特性。可解决表生环境中 DNA/粘土矿物复合体微界面反应特性中的关键问题（DNA 与粘土矿物表面络合作用，DNA/粘土矿物复合体的微结构特征、稳定性、抗降解性和 PCR扩增性），是界面反应理论方法的创新，充分体现了本项目前沿性和学科的交叉性。 2）研究方法的创新性：应用多种现代谱学分析测试技术从原子和分子及化学成键特征的水平上研究 DNA-粘土矿物表面吸附模式，成键特征、界面反应机理、微结构变化特征，层间嵌入特征，最终建立分子模拟系统，体现了本课题研究方法的创新性。 3）预期结果的理论意义与应用价值的创新：国内对粘土材料与 DNA相互作用机制做了许多探索， 但是没有进行DNA柱撑嵌入粘土层间域机理探索，本项目的研究结果将填补这一空白，完善 DNA 层间吸附、柱撑机理研究，并为基因保存药物和基因投递，分子编码系统理论发展奠定良好基础， 建立的DNA/粘土界面反应分子模拟系统将对转基因微生物、分子生物学、生命起源研究的发展起重要的作用。

    ⑤社会经济效益，存在的问题： 本项目属于基础研究类，无明显的经济效益，社会效益主要是：总结华南地区表生环境中粘土矿物对DNA分子生物地球化学行为的调控规律。

     ⑥历年获奖情况：无。