两种生物结壳胞外聚合物(EPS)组分差异及其在镉去除中的作用机制研究

本文系统比较了矿区结壳(MC)与稻田结壳(PC)在镉(Cd)去除过程中胞外聚合物(EPS)的贡献差异。研究发现MC的EPS含量显著高于PC，其中胞外多糖含量是PC的3.02倍，蛋白质含量达6.56倍。通过分子对接证实MC胞外蛋白与Cd的结合能(-3.98 kcal/mol)强于PC(-3.52 kcal/mol)，为优化生物结壳修复重金属污染土壤提供了重要理论依据。

　　

Highlight

本研究首次揭示了矿区生物结壳(MC)与稻田生物结壳(PC)在胞外聚合物(EPS)组分上的显著差异。MC中胞外多糖含量是PC的3.02倍，蛋白质含量更高达6.56倍，这种差异直接导致MC在酸性和中性环境下都表现出更强的镉(Cd)吸附能力。

Main algal composition, EPS content, and characterization of two biological crusts

两种生物结壳的主要藻类组成如图S1A-B所示。矿区结壳含有特有的Cymbella、Planctonema和Klebsormidium等藻类，而稻田结壳则富含Gomphonema、Navicula等10个特有属种。值得注意的是，MC中藻类丰度显著低于PC，但其EPS产量却明显更高，这可能是对酸性矿山排水环境的适应性反应。

Differences in composition and structure of the two biological crusts

两种生物结壳的结构差异主要源于环境因素。PC含有更丰富的藻类群落，而MC则产生更多的胞外聚合物(EPS)。这种差异与先前研究发现的规律一致：在重金属胁迫环境下，生物结壳会通过增加EPS产量来构建保护屏障。特别有趣的是，MC中的EPS组分展现出更强的金属配位能力，这与后续分子对接结果相互印证。

Conclusions

本研究表明，矿区生物结壳(MC)因其特殊的EPS组成（特别是高含量的蛋白质和多糖），在镉吸附方面显著优于稻田生物结壳(PC)。通过分子对接技术，我们首次量化了两种结壳中主要EPS蛋白与Cd的结合能差异，为开发基于生物结壳的重金属修复技术提供了关键理论支撑。这些发现对治理酸性矿区污染具有重要指导意义。