重金属污染土壤中坚韧芽孢杆菌与马赛类芽孢杆菌协同强化镉汞去除的机制研究

本研究针对工业区土壤中镉(Cd)和汞(Hg)污染难题，从污染土壤筛选出耐受菌株Cytobacillus firmus（Cd去除率82%）和Paenibacillus massiliensis（Hg去除率63%），构建工程菌群(BS4+BS10)，通过FESEM/FTIR揭示其表面吸附与结构变化机制，为生物修复提供高效环保解决方案。

　　

在工业文明高速发展的今天，重金属污染如同潜伏在土壤中的"化学地雷"，时刻威胁着生态系统和人类健康。镉(Cd)和汞(Hg)作为典型的毒性重金属，通过电池制造、电镀等工业活动持续进入环境，其危害在历史上早有惨痛教训——日本"痛痛病"和"水俣病"的阴影至今未消。更严峻的是，全球已有超过500万处土壤遭受重金属污染，传统物理化学修复方法存在成本高、易产生二次污染等缺陷。在此背景下，生物修复技术因其环境友好、成本低廉的特性，成为科学界关注的焦点。

来自印度政府资助的科研团队在《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》发表的研究，从北阿坎德邦工业区污染土壤中成功筛选出两株"重金属清道夫"：能耐受Cd的Cytobacillus firmus（BS4菌株）和耐受Hg的Paenibacillus massiliensis（BS10菌株）。通过构建工程菌群，研究人员系统考察了pH、温度等参数对修复效率的影响，并借助场发射扫描电镜(FESEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)揭示了微生物与重金属相互作用的分子机制。

关键技术方法
研究团队从印度SIIDCUL工业区采集11份污染土壤样本，通过原子吸收光谱测定Cd/Hg含量（最高分别达23.06 mg/kg和19.87 mg/kg）。采用梯度浓度法筛选耐受菌株，通过16S rRNA测序鉴定物种。优化菌群培养条件（pH 7.0，30°C），利用FESEM观察菌体表面形貌变化，FTIR分析官能团参与金属结合的特征峰位移。

研究结果

样本收集与重金属检测
工业区土壤检测显示，采矿相关区域Cd污染最严重（23.06±0.23 mg/kg），而染料工业区Hg浓度最高（19.87±0.15 mg/kg），远超印度土壤安全标准。

菌株筛选与耐受机制
BS4菌株通过P型ATPase和RND转运体排出Cd²⁺，其smt和zntA基因参与代谢调控；BS10菌株则依赖mer操纵系将Hg²⁺还原为挥发态Hg⁰。单菌处理时，两者对Cd/Hg的去除率分别达82%和63%。

菌群协同增效
工程菌群(BS4+BS10)展现协同效应，Cd-Hg复合污染下的去除效率较单菌提升15-20%。FTIR证实羧基(-COOH)和磷酸基(-PO₄^3-)是主要金属结合位点，FESEM显示菌体表面形成明显的金属沉积颗粒。

结论与意义
该研究首次报道Cytobacillus firmus与Paenibacillus massiliensis的协同修复潜力，为多金属复合污染治理提供新思路。菌群通过物理吸附（细胞壁结合）、化学转化（价态还原）和生物矿化等多机制协同作用，其效率受pH和温度显著影响。相较于传统方法，该生物修复技术具有操作简便、成本低廉、无二次污染等优势，特别适用于中低浓度污染场地的原位修复。作者Ankita Ghosh等指出，未来可通过基因工程强化菌株的czc和mer操纵系表达，进一步提升修复效能。这项成果为发展中国家工业区土壤治理提供了切实可行的生物技术方案。