砷污染环境中Microbacterium hydrocarbonoxydans的砷(III)抗性机制与高效去除潜力研究

本研究针对砷(As)污染治理难题，聚焦Microbacterium hydrocarbonoxydans的砷(III)抗性与去除机制。通过生长动力学、SEM-EDX/TEM显微技术和aoxAB基因分析，证实该菌株可耐受1.5 gL-1 As(III)，72小时内氧化98% As(III)并实现89.2%去除率，同时对Cr/Pb/Cd展现交叉抗性。研究为开发低成本生物修复技术提供了新策略，成果发表于《Scientific Reports》。

　　

砷污染是全球性环境健康难题，尤其在拉丁美洲和东南亚地区，超过1400万人面临饮用水砷超标威胁。传统物理化学处理方法成本高昂且易产生二次污染，而微生物修复技术因其环境友好特性备受关注。尽管已有研究表明Microbacterium属细菌具有金属抗性潜力，但关于Microbacterium hydrocarbonoxydans对砷的转化机制和去除效率的系统研究仍属空白。

墨西哥瓜纳华托大学的研究团队从受砷污染的Xichu河分离出M. hydrocarbonoxydans菌株，通过多学科技术手段揭示了其对砷(III)的独特抗性和转化能力。研究发现该菌株不仅能耐受1.5 gL^-1的高浓度砷(III)，还能在72小时内将98%的As(III)氧化为毒性较低的As(V)，并通过生物吸附和生物积累实现89.2%的去除率。相关成果发表在《Scientific Reports》期刊，为开发经济高效的砷污染修复技术提供了新思路。

研究采用生长动力学分析评估细菌在不同砷浓度下的适应能力，结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)鉴定参与砷结合的官能团。通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察砷胁迫下的细胞形态变化，能量色散X射线光谱(EDX)确认细胞内砷分布。采用AgNO₃比色法和PCR技术分别检测砷氧化活性和aoxAB基因存在。此外还测试了菌株对铅(Pb)、镉(Cd)和铬(Cr)的交叉抗性谱。

形态特征与砷耐受性
菌株在含0.75 gL^-1 As(III)培养基中仍保持89.2%的生长率，通过生长曲线和ANOVA分析证实其显著砷耐受性(p<0.05)。SEM显示砷暴露导致细胞形态扭曲并形成生物膜防御机制，TEM则首次在Microbacterium属中发现胞内砷积累现象。

重金属交叉抗性
菌株对三种重金属的抗性依次为：Cr^VI(2.08 gL^-1) > Pb(1.24 gL^-1) > Cd(0.169 gL^-1)，表明其具有多金属协同修复潜力。

砷氧化与去除机制
AgNO₃比色法显示褐色沉淀证实As(III)氧化为As(V)，PCR扩增出970 bp的aoxAB基因片段。FTIR分析揭示-OH、-NH和-C=O等官能团参与砷结合，在100-500 mgL^-1砷浓度下72小时去除率达89.2±6.53%。

抗生素敏感性
菌株仅对硝基呋喃妥因(NF)和青霉素(PE)耐药，对10种测试抗生素敏感，降低了环境应用时抗生素抗性基因传播风险。

该研究首次系统阐明了M. hydrocarbonoxydans的砷代谢分子机制，证实其通过aoxAB基因编码的砷氧化酶实现As(III)转化，同时兼具胞外吸附和胞内积累双重去除途径。相较于现有修复技术，该菌株的优势在于：耐受浓度高(达1.5 gL^-1)、去除效率快(24小时达89%)、且能同步处理多种重金属污染。Rodriguez-Castrejon等的研究不仅拓展了对放线菌门砷代谢机制的认知，更为开发适用于发展中国家的低成本生物修复系统提供了理想菌种资源。值得注意的是，菌株有限的抗生素抗性谱显著降低了其在环境应用中引发次生耐药性传播的生态风险，这一特性在目前强调"One Health"理念的环境微生物筛选中尤为重要。未来研究可进一步优化其在实际污染场地的应用参数，并探索其与天然材料的协同处理效能。