新型耐金属菌株Priestia aryabhattai PMASS1介导多金属方解石沉淀的分子机制及其环境修复应用

针对多金属污染环境修复难题，研究人员从矿山废渣中分离出新型耐金属菌株Priestia aryabhattai PMASS1，系统研究其微生物诱导方解石沉淀（MICP）机制。该菌对Pb、Cu、Cd的耐受浓度分别达455.6 mg/L、139.8 mg/L和89.9 mg/L，在混合金属条件下实现99.98%的Pb去除率，全基因组分析揭示其携带chaA、zntA等关键金属解毒基因，XRD证实方解石为主晶相。研究为复杂重金属污染修复提供了高效生物工具。

　　

重金属污染已成为威胁全球生态安全和人类健康的重大环境问题。在工业区周边土壤中，铜、铅、镉等重金属常以复合形式存在，其浓度可达土壤环境质量标准的数十倍。传统物理化学修复技术难以应对这种复杂污染场景，而微生物诱导方解石沉淀（Microbial-Induced Calcite Precipitation, MICP）技术因其环境友好、成本低廉等优势崭露头角。然而，现有MICP菌株普遍存在金属耐受性不足、多金属同步去除效率低等瓶颈。

针对这一挑战，中国西南科技大学的研究团队从四川什邡市金河磷矿的废渣渗滤液中，分离获得一株具有突出金属耐受性的尿素水解菌——Priestia aryabhattai PMASS1。通过系统的生理生化实验和基因组分析，研究人员揭示了该菌株在混合重金属胁迫下的生物矿化机制及其环境修复潜力，相关成果发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用多学科交叉技术路线：从矿山废渣渗滤液中分离筛选耐金属菌株；通过Christensen尿素琼脂培养基鉴定尿素酶活性；采用最小抑菌浓度（MIC）测定评估金属耐受性；结合X射线衍射（XRD）分析生物矿化产物晶体结构；运用全基因组测序解析重金属抗性基因；通过活性氧（ROS）检测评估氧化应激响应。

环境样品与菌株特性
PMASS1在含2 mmol/L Pb²⁺、2 mmol/L Cu²⁺和0.6 mmol/L Cd²⁺的混合体系中展现卓越生存能力，其MIC值显著高于同类菌株。有趣的是，Ca²⁺能增强尿素酶活性，而Cd²⁺则产生强烈抑制，揭示金属离子对生物矿化的特异性调控。

多金属去除效率
在72小时处理中，该菌对Pb的去除率高达99.98%，形成稳定的碳酸铅沉淀；而对Cu和Cd的去除率分别为52.92%和47.02%。这种选择性去除特性与金属-碳酸盐溶度积差异密切相关。

分子机制解析
基因组分析发现zntA（锌转运ATP酶）、cadC（镉抗性调控因子）等关键基因。特别值得注意的是碳酸酐酶基因cynT的高表达，该酶能催化CO₂水合反应，为碳酸盐沉淀提供底物。金属暴露引发的ROS爆发证实氧化应激是抑制菌体生长的重要因素。

矿物相特征
XRD图谱显示方解石（CaCO₃）为优势晶相（占比76.3%），伴生少量球霰石和文石。这种多晶相结构通过离子置换（如Pb²⁺替代Ca²⁺）实现重金属固定化。

该研究首次系统阐明Priestia属细菌的多金属生物矿化机制，其创新性体现在三方面：发现新型耐金属菌种资源，突破现有MICP菌株的耐受极限；揭示Cd²⁺特异性抑制尿素酶的分子开关效应；建立重金属选择性沉淀的"溶度积-晶体置换"模型。研究成果为复杂污染场地的生物修复提供了理论依据和技术支撑，尤其适用于冶炼厂、矿区等典型多金属污染环境的治理。未来研究可进一步优化菌剂制备工艺，开发基于该菌株的原位固定化修复技术。