胡水金课题组EM合作成果：开发出生态毒理研究的重金属探针技术(HMP)

昵称37581541 2020-01-10

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资环学院胡水金教授课题组李真副教授和生物有机肥团队王世梅教授展开合作，从生态毒理角度入手，在多种不同微生物平台上进行研究，开发出全新的Heavy Metal Probe技术(HMP)。2019年以来双方在Environmental Microbiology上连续发表两篇论文：“A new insight into lead (II) tolerance of environmental fungi based on a study of Aspergillus niger and Penicillium oxalicum”（解磷真菌平台）和“Contrasting the Pb (II) and Cd (II) tolerance of Enterobacter sp. via its cellular stress responses”（解磷细菌平台）。

李真博士2015年以来一直从事基于解磷菌的磷生物地球化学循环研究。深入探讨磷的循环机制取决于对解磷微生物生理的更深刻认识。而目前在真菌细菌生理层次，仍然缺乏有效的研究工具。尽管在环境修复领域的模拟实验，重金属离子浓度一般都在几十或者几百ppm范围，这样的范围更加贴近真实的环境污染状况。但是当重金属浓度提升到1000 ppm以上时，微生物可以表现出更明显的抗逆性，很多生理特征得到放大，从而使得研究者可以更加方便的捕捉微生物生理过程。在解磷真菌（黑曲霉和青霉）的研究中，通过设定0, 500, 1000, 和1500 ppm的极高铅离子浓度梯度，结合电镜和光谱技术，真菌在胞内、膜壁表面以及胞外都清晰的呈现抵御铅离子毒性的机制。特别是黑曲霉表现出更强的抗逆性，且在适当浓度的铅离子刺激下，微生物活性（呼吸指标）甚至会增强。

HMP技术还可以在不同重金属环境中应用。在解磷细菌（肠杆菌）平台上铅离子和镉离子的刺激不仅呈现出细菌对不同重金属离子的吸附差异，而且呈现出微生物更为复杂的反馈机制。比如，镉离子可以相对均匀的被肠杆菌吸附。这种均匀性主要体现在细胞个体，既所观测到的所有细胞都能明显吸附的Cd离子。然而，即便环境中仍然有足够的游离铅离子，只有部分肠杆菌细胞会明显吸附铅。研究团队推测，在铅离子的刺激下，肠杆菌存在一种自我牺牲机制（self-sacrifice），只有处于特定阶段的细胞会倾向于大量吸附铅，从而为其他细胞提供更好的生存条件。进一步，研究团队推测在细胞从对数期过渡到静止期时大量分泌的谷胱甘肽可能是产生这种自我牺牲机制的生物化学机理。相关内容已经近期在酵母菌平台上得到验证，发表在Ecotoxicology and Environmental Safety 杂志: “Biochemical changes of polysaccharides and proteins within EPS under Pb (II) stress in Rhodotorula mucilaginosa”。