极端嗜盐古菌Halalkalicoccus sp. Dap5通过响应面法优化高盐环境中铜生物修复的机制研究

本研究针对高盐环境中铜污染治理难题，创新性地利用从乌尔米湖分离的嗜盐古菌Halalkalicoccus sp. Dap5，通过响应面法(RSM)优化铜生物去除条件。研究人员采用中心复合设计(CCD)确定最佳参数组合(pH 8.1, 28.8 mg/L Cu2+, 4.8%接种量)，实现90.8%的铜去除率，并首次揭示该菌株通过胞外聚合物(EPS)分泌和功能基团互作实现生物吸附与生物积累的双重机制。该成果为极端环境重金属修复提供了新型生物工具，相关技术已发表于《Scientific Reports》。

　　

铜污染对高盐环境治理提出严峻挑战，传统生物修复方法在极端盐度和金属胁迫下往往失效。乌尔米湖作为中东最大盐湖，其特殊生态环境孕育了具有独特代谢能力的嗜盐微生物。最新研究发现，来自该湖的嗜盐古菌Halalkalicoccus sp. Dap5不仅能耐受80 mg/L铜离子，还在40 mg/L铜浓度下表现出生长促进作用，这为高盐环境重金属修复提供了新思路。

研究团队采用响应面法(RSM)结合中心复合设计(CCD)，系统优化了pH、接种量和初始铜浓度等关键参数。通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察到铜处理组胞外聚合物(EPS)显著增厚及细胞内铜颗粒沉积，傅里叶变换红外光谱(FTIR)进一步鉴定出参与铜结合的羟基(-OH)和烯烃(C=C)等关键功能基团。实验首次证实该菌株通过生物吸附和生物积累双重机制实现铜去除，在pH 8.1、28.8 mg/L Cu²⁺和4.8%接种量条件下，铜去除率高达90.8%。

主要技术方法包括：1) 从乌尔米湖分离嗜盐古菌并进行16S rRNA基因鉴定；2) 采用响应面法(RSM)优化铜去除条件；3) 基于茄子皮和红甘蓝花青素的比色法检测铜浓度；4) 结合SEM-EDS、TEM和FTIR等多模态表征技术解析去除机制。

【菌株Dap5的铜耐受性与生长特性】

该菌株在15%盐度下对多种重金属(Cd²⁺、Co²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、As³⁺)表现出广谱耐受性。值得注意的是，40 mg/L铜离子使菌体最大生长提前1天，暗示铜可能参与氮循环代谢。

【RSM优化铜生物去除】

建立的二次多项式模型(R2=0.9972)显示pH与接种量存在显著协同效应。验证实验证实预测值与实测值偏差<3%，ICP-MS检测结果与花青素比色法高度一致。

【去除机制解析】

SEM显示铜处理组EPS分泌增加，EDS证实细胞表面铜沉积。TEM观察到细胞内暗斑，表明存在生物积累。FTIR谱图中3290 cm^-1处新增-OH峰，1621 cm^-1处烯烃峰增强，揭示这些基团参与铜配位。

该研究突破性地证实嗜盐古菌在高盐重金属修复中的应用潜力，其建立的RSM优化模型为同类研究提供方法论参考。菌株Dap5展现的"生长促进型"铜耐受机制，为理解金属-微生物互作提供了新视角。研究成果对盐湖、盐碱地及工业高盐废水治理具有重要实践价值，为发展绿色环境修复技术开辟了新途径。