硫化氢在白腐真菌抗重金属胁迫中的作用及其机制

White-rot fungi have a vast application prospects in the field of treatment wastewater polluted by heavy metals. However, the efficiency was reduced in some extent due to the bio-toxicity of heavy metals. So far, researches about enhancing the resistance of white-rot fungi to heavy metals stress are scarce during investigation of the interactions between white-rot fungi and heavy metals. In this project, hydrogen sulfide (H2S) will be employed to pre-treatment with white-rot fungi. On the base of understanding the effects of H2S on the resistant of heavy metals toxicity in white-rot fungi, researches will be focused on H2S regulating membrane-gated ion channels, participating calcium metabolism, stimulating the transduction of the second messengers (Ca2+) and Ca2+/CaM, adjusting the response characteristics of NADPH oxidase and lipid peroxidation under heavy metals stress. Moreover, the differently expression of functional genes such as superoxide dismutase gene sodM, heavy metal chelating MT gene, metal efflux transporters gene czcABC, small heat shock protein gene sHsp and calmodulin gene cam regulated by H2S, and then promoting the secretion of intracellular enzymes and extracellular polymeric substances which response to the heavy metals will also be investigated to understand the signal transduction networks and mechanism involved in the H2S regulated resistance of white-rot fungi to heavy metals stress. This study will provide scientific basis for further strengthening the immobilization of heavy metals and improving the efficiency of wastewater treatment by white-rot fungi.

白腐真菌在重金属废水处理领域具有广阔的应用前景，但重金属的生物毒性效应在一定程度上降低了白腐真菌的处理效率。目前对白腐真菌与重金属相互作用的研究很少关注提升白腐真菌抗重金属胁迫的能力。本项目拟采用硫化氢对白腐真菌进行预处理，在掌握硫化氢对白腐真菌抗重金属毒性的影响基础上，重点考察硫化氢调控细胞膜门控离子通道，参与白腐真菌钙代谢，刺激胞内第二信使（Ca2+）及Ca2+/CaM的转导，调节质膜NADPH氧化酶活性及脂质过氧化响应重金属胁迫的变化特征，以及通过调控超氧化物歧化酶基因sodM、重金属螯合基因MT、重金属外排基因czcABC、小分子热休克蛋白基因sHsp和钙调蛋白基因cam等功能基因的差异表达，促使响应重金属毒性的胞内酶及胞外物分泌，从而明确硫化氢调控白腐真菌对抗重金属毒性的信号转导网络与作用机制。本研究有望为进一步强化白腐真菌对重金属的固定和提高废水处理效率提供科学依据。

针对重金属的生物毒性导致白腐真菌废水处理效率下降的问题，本项目系统研究了硫化氢在白腐真菌抗重金属胁迫中的作用及机制。本项目研究结果为改善白腐真菌的性能，创造有利于白腐真菌处理废水的条件，提高白腐真菌对废水的处理效率提供新的理论基础和科学指导。主要研究结果如下：.（1）镉胁迫下，菌体EPS、胞外蛋白和草酸含量都呈现一定程度的增加，这可能是菌体用以缓解镉的毒性一种响应。除此之外，菌体胞外分泌物与镉相互作用形成胞外CdS结晶颗粒，降低镉离子移动性和生物有效性，从而达到抗镉毒性的目的。.（2）硫化氢可影响AgNPs对菌体的毒性行为，促使“最佳激活浓度”向高浓度迁移，使原本高浓度具有毒性的AgNPs转化为刺激菌体生长。硫化氢浓度越高引起最佳激活浓度迁移的程度越大。.（3）硫化氢预处理可提高菌体对铅、镉和银的去除，缓解重金属对菌体生长的抑制，增强菌体抗氧化酶的活性，减轻重金属诱导的氧化损伤，提高菌体活性。.（4）量子点改变了菌丝形态，在菌丝体内积累并产生大量ROS；随量子点浓度的增加，细胞活性降低。小粒径和表面带正电荷量子点更容易被菌体摄取。NaHS通过硫化作用减少量子点中游离态Cd2+的释放，降低量子点对菌体细胞毒性；促进抗氧化酶的产生，并降低脂质过氧化和O2·-的产生，缓解氧化损伤；被用作硫源促进GSH的合成，以抵抗量子点的细胞毒性。.（5）镉对菌体胞内钙平衡影响明显，菌体对镉胁迫的响应跟其浓度相关。镉与钙相互交谈能出现毒性效应及毒性−兴奋效应。钙对镉胁迫下的黄孢原毛平革菌具有保护作用。镉胁迫能显著影响Ca2+流，钙离子通道在调节Ca2+和Cd2+的流入及胞内离子平衡中起重要作用。.（6）硫化氢和钙都可增强菌体抗镉胁迫，并可能存在交谈作用。硫化氢和钙都能增加菌体对钙的吸收，且当两者共同作用时，这种增加作用显著增强，但当添加HA和EGTA后，菌体钙含量减少。与此同时，EGTA能一定程度上减弱硫化氢的作用。类似的，HA也能一定程度上减弱钙的作用。