“TNT紅土”是受TNT炸藥精制過(guò)程中的“TNT紅水”污染的土壤，其主要成分是二硝基甲苯磺酸鹽（DNTS）。DNTS具有“致癌、致畸、致突變”的特性，對(duì)生物體和環(huán)境具有極大的破壞性。傳統(tǒng)的理化修復(fù)技術(shù)成本高且易造成二次污染，因此亟需發(fā)展安全、綠色的生物治理方法。近日，青島能源所付春祥帶領(lǐng)的能源作物分子育種研究組從“TNT紅土”中分離獲得了一株新的能夠高效降解DNTS的微生物菌株。通過(guò)表型與分子特征鑒定確定該菌株為高地芽孢桿菌，命名為Bacillus altitudinis D47，該菌株能夠在3天內(nèi)將DNTS（500 mg/kg）降解約98%，代謝特征分析表明其代謝DNTS的生物學(xué)機(jī)制為硝基還原作用，進(jìn)一步利用紫花苜蓿的生長(zhǎng)脅迫試驗(yàn)驗(yàn)證了B. altitudinis D47具有顯著減輕DNTS毒性的功能。該成果發(fā)表于環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)一區(qū)SCI期刊Journal of Cleaner Production，題為“Screening of Bacillus altitudinis D47 from TNT red water-contaminated soil for highly dinitrotoluene sulfonate efficient biodegradation”。
為了解析該菌株代謝DNTS的分子機(jī)制，研究人員對(duì)該菌株進(jìn)行了全基因組測(cè)序，結(jié)果顯示B. altitudinis D47菌株的基因組全長(zhǎng)3.81 Mb；通過(guò)脅迫轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)該菌株中的多個(gè)硝基還原酶（Nitroreductase, NR）在DNTS脅迫條件下顯著上調(diào)。進(jìn)一步體外酶活分析表明這些NRs在DNTS降解過(guò)程中發(fā)揮重要作用。另外，研究人員選擇紫花苜蓿作為研究材料，分別使用添加和未添加B. altitudinis D47的含DNTS平板對(duì)紫花苜蓿幼苗處理分析，結(jié)果顯示添加B. altitudinis D47后，DNTS對(duì)紫花苜蓿根伸長(zhǎng)和生物量的抑制效應(yīng)顯著降低。上述研究表明B. altitudinis D47不但可以作為微生物菌劑與植物一起用于“TNT紅土”修復(fù)，而且B. altitudinis D47中含有的硝基還原酶基因資源也可以用于植物基因工程，從而賦予修復(fù)植物更高的DNTS降解效率。因此該微生物菌株與微生物基因資源的綜合利用，有望為今后“TNT紅土”的高效生物修復(fù)提供新的途徑。
青島能源所/山東能源研究院能源作物分子育種研究組博士后蘇昆龍和已畢業(yè)碩士生汪燕為該論文共同第一作者，付春祥研究員和吳振映副研究員為共同通訊作者。青島能源所咸漠研究員、張海波研究員、門(mén)瀟副研究員、劉美鳳助理研究員和劉雨辰工程師也參與了該研究工作。該工作獲得國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目（32270390）和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2019213）的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137103
Kunlong Su#, Yan Wang#, Yuchen Liu, Meifeng Liu, Xiao Men, Haibo Zhang, Mo Xian, Zhenying Wu*, Chunxiang Fu*. (2023). Screening of Bacillus altitudinis D47 from TNT red water-contaminated soil for highly dinitrotoluene sulfonate efficient biodegradation. Journal of Cleaner Production, doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137103.
付春祥，吳振映，蘇昆龍，劉雨辰，汪燕，劉美鳳，姜珊珊。降解2,4-DNT和2,4-DNT-3-SA的高地芽孢桿菌D47及其應(yīng)用。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺篊N202310221086X。