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本文聚焦芽孢杆菌属（Bacillus spp.）在重金属胁迫下的代谢变化。总结了重金属暴露对其代谢途径和代谢物的影响，阐述了这些变化在影响金属生物有效性和化学转化中的作用，并探索提升芽孢杆菌介导的重金属修复稳定性的策略，为生物修复提供思路。
芽孢杆菌属对重金属胁迫的代谢反应：代谢途径改变与代谢物谱
重金属污染已然成为一个全球性难题，对生态系统和人类健康构成严重威胁。微生物凭借其能以环保、高效且经济的方式减轻金属诱导的代谢损伤的能力，为生物修复带来了希望。其中，革兰氏阳性的芽孢杆菌属（Bacillus spp.）表现出很强的重金属吸附能力，还能分泌具有多种功能特性的代谢物。在重金属胁迫下，这些代谢物对减轻金属造成的损伤起着关键作用。不过，芽孢杆菌属代谢物应用于重金属修复时面临诸多挑战，比如处理周期长、需要稳定的环境条件以及特定的营养需求。
重金属会干扰芽孢杆菌属的多种代谢途径。在能量代谢方面，重金属胁迫可能抑制呼吸链中关键酶的活性，像细胞色素氧化酶等，影响电子传递和 ATP 的生成，使芽孢杆菌获取能量的效率降低。碳代谢途径也受到影响，原本正常的糖酵解、三羧酸循环（TCA 循环）等过程的关键酶活性改变，导致碳水化合物的利用和代谢速率发生变化。氮代谢同样不能幸免，固氮酶等与氮代谢相关的酶对重金属敏感，重金属存在时，芽孢杆菌的固氮能力以及对含氮化合物的代谢转化能力受到抑制。
受到重金属胁迫时，芽孢杆菌属会产生一系列特殊代谢物。其中，胞外聚合物（EPS）是一大类重要代谢物，它含有多糖、蛋白质等成分，能通过离子交换、络合等方式与重金属离子结合，降低环境中重金属的生物有效性，减少重金属对细胞的毒害。一些芽孢杆菌还会分泌小分子代谢物，比如有机酸，像柠檬酸、苹果酸等，这些有机酸可以与重金属离子发生螯合反应，改变重金属的化学形态，使其更容易被微生物吸收或者转化为低毒形式。
芽孢杆菌属的代谢物在重金属的生物有效性和化学转化方面意义重大。一方面，通过与重金属结合，代谢物降低了重金属离子的活性，减少其对其他生物的毒性；另一方面，在某些代谢物的作用下，重金属的化学形态发生改变，比如将高价态的重金属离子还原为低价态，或者将不溶性的重金属化合物转化为可溶性形式，这不仅影响了重金属在环境中的迁移转化，也为后续的生物降解或者固定创造了有利条件。
为了提升芽孢杆菌介导的重金属修复稳定性，目前研究探索了多种创新策略。从优化培养条件入手，精确调控培养基中的营养成分、pH 值、温度等参数，为芽孢杆菌生长和代谢创造最适宜的环境，增强其对重金属的修复能力。基因工程手段也被应用其中，通过导入特定基因，增强芽孢杆菌合成关键代谢物的能力，或者提高其对重金属的耐受性。还有将芽孢杆菌与其他微生物或者材料联合使用，构建协同修复体系，发挥各自优势，提升修复效果。
这篇综述对优化生物修复策略、筛选高效降解菌株以及推动重金属污染的可持续治理有着重要意义。通过深入了解芽孢杆菌属在重金属胁迫下的代谢机制，能为实际的重金属污染治理提供理论依据，助力找到更有效的生物修复方案，实现生态环境的健康和可持续发展。
