地衣芽孢杆菌KNP在六价铬胁迫下的生存策略：解毒与趋化响应的协同机制研究

本文揭示了地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）KNP菌株在六价铬[Cr(VI)]胁迫下的双重生存策略：通过高效还原Cr(VI)为低毒Cr(III)实现解毒（48小时内完全转化500 ppm K2Cr2O7），同时通过负向趋化性主动逃离高浓度铬环境。研究结合SEM-EDX、FTIR和基因组分析，首次阐明其趋化相关基因（如MCPs、CheA/W/Y）介导的逃逸机制，为重金属污染生物修复提供新型菌种资源和理论依据。

　　

引言

铬污染是严峻的环境问题，其中六价铬[Cr(VI)]因其高毒性和强迁移性成为治理难点。地衣芽孢杆菌KNP菌株从印度坎普尔制革厂废水中分离，展现出卓越的Cr(VI)耐受性（耐受1,000 ppm K₂Cr₂O₇）和还原能力。研究首次系统解析其解毒与趋化行为的协同机制，为微生物应对重金属胁迫提供新见解。

材料与方法

菌株在含250-1,000 ppm Cr(VI)的培养基中培养，通过分光光度法监测生长曲线。Cr(VI)还原效率采用二苯卡巴肼（DPC）法测定，SEM-EDX观察细胞形态变化及表面铬沉积，FTIR分析功能基团相互作用。趋化行为通过滴板法和化学栓实验验证，基因组注释筛选趋化相关基因。

生长与Cr(VI)还原特性

菌株生长与Cr(VI)浓度呈负相关：250 ppm时生物量最高（OD₆₀₀=1.15），1,000 ppm时显著抑制。值得注意的是，500 ppm Cr(VI)在48小时内被完全还原，效率远超同类菌株（如Bacillus subtilis MNU16仅还原75%）。温度30°C和pH 8时还原率峰值达99.47%，表明中性偏碱环境最适其代谢活性。

细胞形态与表面相互作用

SEM显示Cr(VI)处理后的菌体出现聚集和表面粗糙化，EDX检测到1.08%重量比的铬沉积。FTIR谱图偏移揭示羧基（-COOH）、氨基（-NH₂）和羟基（-OH）是主要铬结合位点，其中3444 cm^-1峰位移至3435 cm^-1，证实氮/氧原子参与配位。

趋化行为的双向调控

滴板实验显示菌株对Cr(VI)产生明显排斥环（负向趋化），而对葡萄糖形成聚集环（正向趋化）。基因组注释发现完整趋化通路基因：甲基受体蛋白（MBA1159711.1等）感知铬离子后，通过CheW-A-Y级联传递信号，最终通过鞭毛逆时针旋转实现逃离。CheB/D动态调节受体甲基化，确保环境适应性。

结论与意义

该研究揭示地衣芽孢杆菌KNP通过"解毒-逃离"双策略应对铬胁迫：一方面通过表面吸附和胞内还原转化Cr(VI)，另一方面借助MCPs介导的趋化系统规避高毒环境。这种协同机制为设计"智能"生物修复菌剂提供新思路，即通过基因工程强化菌株的趋化导航能力，提升其在污染场地的定殖效率。研究结果发表于Frontiers in Microbiology，菌株基因组数据已存入GenBank（登录号JACDXS000000000）。