溶氧浓度调控嗜水气单胞菌的砷还原:效应与机制

砷是一种强致癌有毒类金属元素,广泛存在于自然水体环境之中。微生物还原As(Ⅴ)产生As(Ⅲ),可致使砷移动性增强,毒性升高,环境风险增加。前期有氧条件下的报道中,研究者更多关注微生物砷氧化,但对于溶氧浓度如何影响砷抗性微生物的砷还原缺乏定量研究。嗜水气单胞菌HS01(Aeromonas hydrophila HS01)为该文研究团队分离得到的一株具有系列环境功能的菌种,前期已证明其包含厌氧铁还原、硝酸盐还原、偶氮染料还原脱色、DDT生物转化等能力。选取其为研究对象,通过基因组测序分析,确定了该菌具有arsB砷载体蛋白基因和arsC胞内砷还原基因,明确了它的砷还原功能;通过构建砷还原微宇宙反应体系,解析了不同电子供体、不同氧气浓度条件下嗜水气单胞菌HS01的砷还原动力学,发现其砷还原能力受氧气调控显著。在该研究使用的多种电子供体条件下,嗜水气单胞菌HS01均不能在厌氧环境中还原产生As(Ⅲ)。而微氧(297μg·L^(−1))条件下,砷还原速率常数达到0.09/d,反应速率约25.3μmol·L^(−1)·d^(−1);随溶氧浓度增加,砷还原速率在氧含量为414μg·L^(−1)的体系中达到最大值,速率常数达到1.46/d。功能基因RNA定量结果显示,砷还原基因的表达量随溶氧浓度升高而先增后降,其趋势与砷还原速率一致,基因表达与速率常数之间呈显著正相关关系,预示着氧气调控了功能基因的表达进而影响砷的还原速率。该研究确定了嗜水气单胞菌HS01的砷还原功能,明确了氧气对其砷还原能力的调控规律,可为理解有氧与微氧水体环境中砷的转化提供理论依据,也将为砷的风险防控提供理论支持。