从突尼斯太阳盐田分离出的盐杆菌的多重金属抗性及其生物修复潜力

《Bioresource Technology Reports》：Multi-metal resistance and bioremediation potential of Halobacterium salinarum isolated from Tunisian solar salterns

　　

摘要

本研究评估了从突尼斯Sfax太阳盐田沉积物中分离出的一株隶属于Halobacterium salinarum的盐原体菌株对有毒金属的耐受性及其生物修复潜力。在DSC-97和NTYE培养基中，通过琼脂稀释法测定了Co、Mo、Li、Cr、Ag、Hg、Al、Fe、Se、As³⁺和As⁵⁺的最低抑菌浓度（MIC）。在两种培养基中评估了该菌株对选定金属（Co、Mo、Cr、Li、As³⁺、As⁵⁺）的生长动力学，并利用电感耦合等离子体-发射光谱法（ICP-OES）定量分析了金属去除效率和细胞内积累能力。采用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）表征了参与金属结合的功能基团。该菌株对Li、As⁵⁺和Se表现出卓越的耐受性，在DSC-97培养基中MIC值分别为500、300和60 mM，而在NTYE培养基中分别为300、100和20 mM。对Fe、Mo、Al、Cr、Co和As³⁺表现出中等抗性，而Ag和Hg具有高度毒性（MIC ≤ 0.2 mM）。生长动力学结果显示，大多数测试金属对生长产生浓度依赖性抑制，而Li对生长无显著影响。ICP-OES分析表明，该菌株对As⁵⁺（83–97%）和Li（70–74%）具有高效去除能力，并表现出As⁵⁺和Cr的显著细胞内积累。FTIR分析表明，羧基、磷酸基、酰胺基、羟基和氨基等功能基团参与金属结合。总体而言，研究结果表明H. salinarum将高金属耐受性与通过生物吸附和细胞内积累实现的高效去除相结合，支持其在受有毒金属污染的超盐环境中的生物修复应用潜力。

引言

快速工业化导致的金属污染已成为重大的环境和公共卫生问题，因为金属不可生物降解、在生态系统中持久存在，并会累积至有毒水平（Jayaramb et al., 2022）。微生物生物修复已成为一种环保且经济的替代传统物理化学处理的方法（Ayangbenro and Babalola, 2017）。在超盐环境中，嗜盐古菌具有独特优势，因为它们可直接应用于含盐废水中，无需昂贵的脱盐预处理（Dutta and Bandopadhyay, 2022）。其中，Halobacterium salinarum是研究最为深入的盐原体之一，因其对极端盐度的非凡适应能力及其在金属污染的超盐环境中生物修复的潜力而日益受到关注。该古菌已从多种超盐栖息地中分离获得，包括太阳盐田和盐湖，在这些环境中它已发展出适应极端盐度和环境压力的有效机制（Oren, 2002; DasSarma and DasSarma, 2017; Krzmarzick et al., 2018）。

Halobacterium及其他盐原体属通过互补机制耐受金属胁迫，包括生物吸附、细胞内积累、胞外沉淀、酶促解毒和主动金属转运（Espinosa, 2024; Rezaei et al., 2025）。这些过程得到氧化应激反应和保护性生物分子产生的支持（Shukla et al., 2017）。然而，尽管对其生物修复潜力的关注日益增加，但针对嗜盐古菌金属耐受性的研究相对较少，且大多数研究仅关注有限的几种金属，主要是Cd、Cu、Zn和Pb（Nieto et al., 1987; Popescu and Dumitru, 2009; Gelsinger and DiRuggiero, 2018; Ordo?ez et al., 2018; Baati et al., 2020a; Matarredona et al., 2021; Matarredona et al., 2024; Tavoosi et al., 2023; Straková et al., 2024; Straková et al., 2025; Ghasemi et al., 2025）。因此，其他环境相关金属的耐受机制，以及其去除效率、细胞内积累和参与金属结合的功能基团仍然知之甚少。解决这些知识空白既是一项科学挑战，也是推进超盐废水有效生物修复策略的机遇（Giovanella et al., 2020）。

本研究关注具有高环境相关性、在生物学功能、毒性和污染源方面存在差异的金属。砷（As）和铬（Cr）是最危险的环