废水处理中白腐真菌细胞膜防御重金属毒害的分子应激机制

白腐真菌处理重金属废水有着广泛的应用前景，但其处理效率随环境条件波动而变化，可能形成的纳米重金属结晶颗粒还将增加废水处理成本和环境污染风险。目前对白腐真菌胞外蛋白质总量的研究，未能解释重金属胁迫下白腐真菌细胞膜的确切防御机理。为揭示废水处理中白腐真菌细胞膜应答重金属的分子应激机制，本项目将采用双向电泳（2-DE）、飞行质谱（MALDI-TOF/MS）、色-质联用（HPLC-MS/MS）等分离白腐真菌细胞膜及膜外蛋白，运用Sequest、Mascot、TPP等工具注释差异表达蛋白功能，监测抗氧化酶系统响应，利用膜片钳技术研究细胞膜离子通道的电生理特性，使用非损伤微测技术对跨膜转运离子实时动态追踪，并表达典型离子通道蛋白的信号响应与功能特性。本研究不仅对研究微生物分子抗性机制、调控重金属废水的微生物处理效率具有重要意义，同时为揭示复杂环境胁迫下微生物诱导蛋白指示物的毒理评价提供方法和理论借鉴。

废水中的重金属和有机污染物往往具有较高的生物毒性，它们能抑制微生物的生长、繁殖和代谢活性，进而影响处理效率。为调控对废水的处理效率，必须明确微生物与污染物相互作用的内在机制，有针对性地改善微生物菌的性能，创造有利于微生物处理废水的条件。为揭示废水处理中白腐真菌细胞膜应答重金属的分子应激机制，本项目展开了以下研究：..（1）在白腐真菌酶系统的研究方面，提取及分析了重金属镉诱导下参与氧化应激的白腐真菌胞外培养液蛋白苹果酸脱氢酶(MDH)、甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)。黄孢原毛平革菌产生的MDA产量随着镉浓度和胁迫时间的增长而增加，菌体内加速合成谷胱甘肽，还原型谷胱甘肽（GSH）明显向氧化型谷胱甘肽（GSSG）转化。低浓度金属离子存在下，细胞内过氧化氢酶和过氧化物酶会被激发。高浓度下的重金属离子会对细胞造成不可逆转的损伤，致使酶活性下降。高浓度的ROS或将激发细胞内产生一种中间产物，其作用是促进细胞色素P450的产生以及降低细胞内活性氧簇含量。白腐真菌的细胞活性、细胞膜完整性、细胞膜流动性及质膜H+-ATPase活性的变化反映出黄孢原毛平革菌在重金属镉胁迫下对镉的毒性响应机制。.（2）复合微生物材料如黄孢原毛平革菌和TiO2的复合吸附剂、聚乙烯醇固定化白腐真菌等能大大改善微生物对重金属和有机污染物的去除，明确了NADH酶、H2O2酶和SOD酶的活性以及ATP的含量变化来预测复合吸附剂中微生物的抗氧化机制和磷酸氧化机制的研究；并成功测定微生物膜的H+、O2、Cd2+的即时离子流速，抗氧化酶（SOD、CAT、NADH氧化酶）活性也被测量用来探究复合吸附剂的抗氧化机制；以硫代乙酰胺为硫源、巯基乙酸为稳定剂，黄孢原毛平革菌促进硫化镉量子点的生物合成，合成的量子点被半胱氨酸和蛋白质包裹，因而具有较好的稳定性和生物相容性。.（3）银纳米颗粒在黄孢原毛平革菌去除重金属镉体系中，加入的银纳米颗粒在体系中发生了氧化溶解，最终以粒径增大的银纳米颗粒的形式迁移至黄孢原毛平革菌的菌丝表面；菌丝表面的羟基、氨基、羧基等官能团参与到溶液中Cd(Ⅱ)的去除以及银纳米颗粒的迁移转化过程中。.本研究不仅全面阐述了污染物胁迫下微生物的分子抗性机制，而且在如何调控重金属废水的微生物处理效率方面进行了有益探索，该研究为揭示复杂环境污染胁迫下微生物的毒理机理提供方法和理论借鉴。