镉胁迫下蜡状芽孢杆菌RC-1外排泵的解毒机制研究

With some industries development such as the mining, smelting and electroplating, as well as the overuse of the agricultural production of pesticides, chemical fertilizer and plastic film, the soil pollution caused by cadmium is becoming more and more serious. In this project, the highly Cd-resistance B. cereus RC-1 will be studied, focusing on the detoxification mechanism of efflux pump by B. cereus RC-1 from the cell metabolism and membrane proteomics perspective. Details are listed as follows: (1) investigating the physiological response to different level of cadmium stress; (2) studying the ion and substance metabolism, cell membrane permeability and Zeta potential of strain RC-1 under the efflux pump; (3) discussing the overall change in cell membrane protein, according to the analysis of comparative proteomics. The results of this study will help elucidate the detoxification mechanism of efflux pump by B. cereus RC-1 under cadmium stress, and provide scientific support for the bioremediation of heavy metals-polluted soil.

随着采矿、冶炼和电镀等工业的不断发展，以及农业生产中的农药、化肥和塑料薄膜等过度使用，重金属镉对土壤造成的污染日益严重。本项目拟以抗Cd蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）RC-1为研究对象，重点从细胞代谢和膜蛋白组学的角度研究镉胁迫下菌株RC-1外排泵的解毒机制。首先以研究镉对菌株RC-1的生理毒性作用为切入点，探讨外排泵作用下，菌体RC-1细胞膜通透性及膜电位的变化规律，揭示外排泵与细胞离子代谢，物质代谢之间的相互关系，从细胞水平上揭示外排泵机制；然后采用比较蛋白质组学的方法，分析外排泵作用下细胞膜蛋白的差异表达，通过对差异蛋白的鉴定，结合其功能分析及相应的代谢网络，进一步从蛋白质水平上阐明外排泵机制。研究成果将为重金属污染土壤生物修复的潜在应用提供科学依据和理论基础。

本项目以蜡状芽孢杆菌中Cd-外排泵的解毒机制为科学问题，分别从细胞和蛋白质水平上，揭示Cd-外排泵机制，为重金属污染土壤的修复治理提供科学依据和理论基础。围绕这主要目标，我们研究表明Bacillus cereus RC-1细胞内部可能通过Na-K-ATP泵来降低胞内Cd2+浓度，从而缓解Cd的毒害，相关成果以第一或通讯作者在Ecotoxicology and Environmental Safety发表1篇SCI和1篇中文，并初步揭示了Cd胁迫下细胞差异蛋白的响应特征。另外，我们还研究了生物炭固定化细菌RC-1对Cd的吸附积累机制、施加Si缓解Cd胁迫下水稻的毒害机制、以及Cd对稻田中福寿螺等毒害作用机制，相关成果以第一或通讯作者在Bioresource Technology、Environmental Science and Pollution Research等发表4篇SCI、1篇EI和1篇中文核心。因此，通过三年的实验研究，我们在保证质量前提下完成预期目标，以第一或通讯作者共发表5篇SCI，1篇EI和2篇中文，同时也启发我们继续在微生物生态方面开展进一步研究。