可可根际土壤中产脲酶细菌的镉去除与吲哚乙酸合成双重功能研究及其生物修复潜力

本研究针对可可种植土壤镉污染问题，从哥伦比亚圣坦德地区可可根际分离出54株具有微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)活性的耐镉脲酶细菌。通过16S rRNA基因分析鉴定出Serratia、Pseudomonas等9个属的菌株，其脲酶活性达0.31-1.01 μmol NH4+ mL-1 h-1，并能合成植物激素吲哚乙酸(IAA)。研究发现镉可提升部分菌株脲酶活性且不影响IAA产量，48小时镉去除率最高达87%。首次报道Delftia等属的MICP镉去除能力，为开发兼具重金属固定与植物促生功能的生物修复策略提供新思路。

　　

在可可种植领域，镉污染正成为威胁全球巧克力原料安全的隐形杀手。这种有毒重金属通过土壤-植物-食品链的传递，最终可能在人体内蓄积，引发骨质疏松、肾功能损伤甚至癌症。哥伦比亚圣坦德作为全球优质可可主产区，其土壤中镉浓度最高达21.29 mg kg^-1，远超全球土壤平均值0.36 mg kg^-1。传统物理化学修复方法成本高昂且破坏土壤生态，而微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术因其环境友好特性备受关注，但兼具重金属固定与植物抗逆促进功能的菌种资源仍待挖掘。

针对这一挑战，哥伦比亚国立大学Bogotá校区研究与推广办公室(DIEB)的Carlos A. Adarme-Duran团队创新性地从可可根际土壤中筛选功能菌株。研究人员选择镉浓度0.49-21.29 mg kg^-1的16份根际土样，通过含镉尿素培养基初筛和碳酸钙沉淀验证，获得54株耐镉脲酶细菌。采用16S rRNA基因测序结合单链构象多态性(SSCP)分析进行菌株鉴定，通过Berthelot反应和Salkowsky比色法分别定量脲酶活性和IAA产量，最终用原子吸收光谱评估镉去除效率。

研究结果揭示三大重要发现：

1. 菌种多样性方面：分离菌株分属Serratia、Pseudomonas等9个属，其中Delftia属的MICP活性属首次报道。菌株脲酶活性差异显著，Bacillus属表现最优(1.01 μmol NH₄⁺ mL^-1 h^-1)，而所有菌株均能合成IAA(4.8-79.5 mg L^-1)，Klebsiella sp. 76h产量最高。

2. 镉胁迫响应方面：60 mg L^-1镉使Serratia sp. 89a脲酶活性提升49.3%，但对Comamonas sp. 76f抑制55.9%。IAA合成受镉影响存在属间差异，Delftia sp. 67p产量降低76%，而Serratia sp. 89a保持稳定。

3. 镉去除性能方面：Serratia sp. 89a、Klebsiella sp. 76h和Stenotrophomonas sp. 67w表现突出(>80%)，其中Serratia属菌株展现最佳稳定性。值得注意的是，脲酶活性与镉去除率仅呈中度相关(R²=0.3908)，暗示除碳酸盐沉淀外，生物吸附等机制共同作用。

这项发表在《World Journal of Microbiology and Biotechnology》的研究具有双重突破意义：理论上，首次证实Delftia、Flavobacterium和Klebsiella三属细菌的MICP镉去除能力，拓展了功能微生物资源库；应用上，筛选出的多功能菌株可通过MICP固定土壤镉，同时分泌IAA缓解植物重金属胁迫，为发展"边生产边修复"的可持续农业模式提供关键技术支撑。特别是Stenotrophomonas sp. 67w等菌株在保持高镉去除率(82.7%)的同时耐受60 mg L^-1镉浓度，展现出极强的田间应用潜力。未来研究可优化菌剂配方与施用方式，并在可可种植园开展原位修复试验，评估其对土壤镉形态转化及可可豆镉含量的实际影响。