CREST精选 | 南京农业大学葛滢团队：微藻胞外聚合物及其与金属/类金属的相互作用

导 读

南京农业大学葛滢团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“微藻胞外聚合物与金属/类金属的相互作用研究进展（Microalgal extracellular polymeric substances and their interactions with metal(loid)s: A review；2019, 49(19): 1769-1802）”的综述。胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)是微生物细胞分泌的大分子物质，包括多糖、蛋白质、核酸、脂质和腐殖质等多种组分，也被称为“生物膜的暗物质（dark matter of biofilms）“。在生态系统中，EPS是一种主要的有机碳库，为微生物提供营养源。EPS的分泌还可以缓解污染物毒性和营养盐缺乏对细胞的胁迫。微藻是水环境中的初级生产者，能感应金属/类金属并释放EPS，在水—藻界面显著影响金属/类金属的形态和毒性。本文总结了微藻EPS的组成和理化性质、EPS与金属/类金属的相互作用及其影响因素、EPS在金属/类金属污染修复中的应用等方面的进展，并展望了未来需要继续开展的工作，为微藻及其代谢产物在环境污染治理中的研发提供理论基础。

图1 图文摘要

主要内容

微藻EPS可分为可溶态、松结合态和紧结合态，其中多糖和蛋白是EPS的主要成分。在金属/类金属胁迫下，微藻EPS合成基因如capD、csaB、tagH、epsL、slr0977、exoD上调，从而使微藻细胞合成更多的EPS。红外光谱测定结果显示，这些胞外大分子有多种官能团，可带有正电荷（如-NH4⁺、-RNH2⁺等）或负电荷（如-OH⁻、-COO⁻等），形成金属/类金属的结合位点（图2）。

图2  微藻EPS的多种官能团（以集胞藻Synechocystis PCC 6803为例）

微藻EPS对金属/类金属的固定机制包括离子交换、络合、转化和沉淀作用，具体涉及与配体结合、氧化还原、合成纳米颗粒、生物矿化等，这些过程能使金属/类金属的活性和形态发生变化。微藻EPS与金属/类金属的相互作用的影响因素有：金属/类金属种类和性质（如离子半径、电负性）、EPS组成、EPS提取方法以及溶液化学特性（如pH和离子强度）等。EPS的结合特性也与藻种密切相关，EPS产量更高的微藻具有更强的金属/类金属钝化能力。此外，EPS的分泌是生物膜产生的重要条件之一，在生物反应器或者湿地环境中，微藻或微藻-细菌-真菌共生体的生物膜能通过EPS实现多种金属/类金属的去除。

总结与展望

本文全面介绍了微藻EPS的特性及其与金属/类金属的相互作用，阐述了微藻EPS组分如何通过不同的机制实现对金属/类金属的结合、转化和解毒，并展示了微藻EPS对废水中金属/类金属去除的潜力。未来可围绕微藻EPS各组分（多糖、蛋白等）与金属/类金属的结合、EPS合成和运输的分子机制等问题继续深入研究，并开展更大规模的试验，推进EPS制剂研发及其在环境金属/类金属污染修复上的应用。

作者简介

第一作者：

Sadiq Naveed（萨迪克·纳维德）：巴基斯坦留学生，2016年在中国政府奖学金资助下，进入南京农业大学学习，2020年毕业获得博士学位。他目前的研究兴趣为金属元素在环境-生物界面的形态和迁移转化。

通信作者：

葛滢：博士，南京农业大学教授，博士生导师。主要从事环境生物学与环境化学方面的研究，方向涉及环境重金属污染控制与修复、微生物对重金属的富集和耐性等。近年来开展的研究包括金属/类金属在细菌、微藻、真菌等微生物细胞中的赋存形态和解毒机制。

|供稿：南京农业大学葛滢团队

|编排：代子雯（CREST期刊推广员）

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