重金属耐受菌的分子特性及其在生物修复与植物促生中的潜力研究

这篇综述系统研究了从工业污染区分离的68株重金属耐受菌，通过16S rRNA测序鉴定出19个属（以Bacillus、Pseudomonas为主），评估了其对Cr、Cu、Pb、As、Cd的最高耐受限（MTL分别达3600/3300/2100/3000/3000 mg/L）及生物吸附效率（Pb>Cd>Cu）。关键菌株NCCP-650T携带nifH/acdS基因，显著提升重金属胁迫下油菜（Brassica napus）生长，为微生物辅助修复（PGPR）金属污染土壤提供了新策略。

　　

重金属耐受菌的分子特性与功能研究

引言

工业活动导致的重金属污染严重威胁土壤健康和微生物群落。研究从巴基斯坦工业废水污染区分离68株细菌，重点解析其耐受机制、生物吸附潜力及植物促生功能，为开发生物修复技术提供理论基础。

方法

样本采集自锡亚尔科特、卡苏尔等工业区，通过梯度浓度筛选获得耐受菌株。采用原子吸收光谱测定金属浓度，16S rRNA基因测序进行物种鉴定。通过最大耐受限（MTL）实验评估菌株对Cr、Cu、Pb、As、Cd的耐受性（浓度梯度300-3600 mg/L），ICP-OES定量生物吸附率。PCR检测植物促生相关基因（nifH/acdS），并以油菜为模型验证菌株NCCP-650^T等4株菌在50 mg/L金属胁迫下的促生效果。

结果

1. 耐受性：菌株对Cr耐受最强（3600 mg/L），其次为Cu（3300 mg/L）和Cd/As（3000 mg/L），Pb耐受最低（2100 mg/L）。

2. 生物吸附：NCCP-614对Pb吸附率达99%，NCCP-655对Cd吸附率59%，而Cr/As吸附效率较低。

3. 物种多样性：优势菌属为Bacillus（21%）、Pseudomonas（12%）和Staphylococcus（10%），其中3株为新种（如Alcaligenes pakistanensis）。

4. 基因特征：7株菌同时携带nifH（氮固定）和acdS（ACC脱氨酶）基因，15株含nifH，8株含acdS。

5. 植物促生：NCCP-650^T使重金属胁迫下油菜生物量显著增加，尤其在Pb/Cd处理组效果突出，但As处理抑制生长。

讨论

菌株通过表面官能团（如羧基、胺基）结合金属离子，而Bacillus等属的细胞壁结构增强其吸附能力。nifH/acdS基因共存菌株表现出更强的环境适应性，可能与重金属解毒和植物激素调控通路协同作用有关。值得注意的是，As的低生物吸附率可能与其氧化状态和铁载体依赖性相关。

结论

该研究筛选出兼具重金属修复与植物促生潜力的菌株资源，特别是NCCP-650^T可作为生物接种剂应用于污染农业土壤治理。未来需通过转录组和蛋白组学进一步解析其分子机制。