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基本信息

主題：Cu抑制細(xì)菌降解增塑劑的離子穩(wěn)態(tài)機(jī)制

期刊：Ecotoxicology and Environmental Safety

影響因子：4.872

研究使用平臺(tái)：NMT環(huán)境毒理創(chuàng)新科研平臺(tái)

標(biāo)題：Physiological responses of Arthrobacter sp. JQ-1 cell interfacesto co-existed di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) and copper

作者：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)張穎

檢測(cè)離子/分子指標(biāo)

K⁺ 、Ca²⁺

檢測(cè)樣品

節(jié)桿菌JQ-1細(xì)胞

中文摘要（谷歌機(jī)翻）

節(jié)桿菌JQ-1可以在3天內(nèi)*降解500 mg / L的DEHP。Cu²⁺的抑菌濃度（MICs）可能達(dá)到1.56mM，但是5.0mg/L Cu²⁺明顯抑制了DEHP降解和細(xì)菌生長(zhǎng)。因此，JQ-1暴露于DEHP-銅環(huán)境下，以基于細(xì)胞多個(gè)界面（細(xì)胞表面，膜和細(xì)胞內(nèi)特性）的生理反應(yīng)來驗(yàn)證毒性機(jī)理。結(jié)果表明，500mg/L的DEHP和5.0mg/L的Cu²⁺組合可顯著降低細(xì)胞表面疏水性（CSH）和ζ電勢(shì)的值，這表明DEHP的生物利用度降低。細(xì)胞表面的變化主要是由于Cu²⁺和某些官能團(tuán)（CH₂，CH₃，芳環(huán)和酰胺）之間的相互作用。穿過質(zhì)膜的質(zhì)子動(dòng)力（PMF）減弱可能會(huì)*量的形成和利用，這不利于細(xì)胞損傷的修復(fù)過程。本研究*將非損傷微測(cè)技術(shù)（NMT）應(yīng)用于DEHP和重金屬離子的聯(lián)合毒性研究。DEHP-銅增強(qiáng)了穿過質(zhì)膜的K⁺流出和Ca²⁺的流入，從而干擾了離子鉀和鈣離子的穩(wěn)態(tài)，并可能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡并進(jìn)一步抑制DEHP降解。細(xì)胞內(nèi)酯酶活性的下降表明代謝能力明顯受到抑制。這項(xiàng)研究增強(qiáng)了我們對(duì)響應(yīng)污染物的細(xì)胞不同界面過程的理解。

離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理方法

（1）500 mg/L Glucose
（2）500 mg/L Glucose+5.0 mg/L Cu²⁺
（3）500 mg/L DEHP
（4）500 mg/L DEHP+5.0 mg/L Cu²⁺
處理3天

離子/分子流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖A和圖B給出了不同處理下的實(shí)時(shí)K⁺和Ca²⁺流速，其中正值表示外排，負(fù)值表示內(nèi)流。條形圖中還顯示了不同系統(tǒng)中K⁺和Ca²⁺流速的平均值（圖C和D）。在DEHP+Cu²⁺處理中，JQ-1的K⁺外排量高于其他組，即DEHP和Cu²⁺的組合顯著抑制了K⁺的內(nèi)流速率。相比之下，當(dāng)JQ-1暴露于DEHP-銅時(shí)，Ca²⁺的內(nèi)流量增加，而無銅存在的處理則明顯促進(jìn)了Ca²⁺的內(nèi)流量。

其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果

• Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺和Zn²⁺在1.56mM時(shí)對(duì)菌株JQ-1的生長(zhǎng)有抑制作用。

• 當(dāng)JQ-1菌株以葡萄糖為碳源時(shí)，銅的加入減緩了細(xì)菌的生長(zhǎng)速度，降低了OD600的大值。當(dāng)DEHP作為碳源時(shí)，前12h添加銅可以提高細(xì)菌的生長(zhǎng)速度，但會(huì)迅速進(jìn)入下降期。

• 在葡萄糖培養(yǎng)條件下，JQ-1菌株的掃描電鏡圖像呈現(xiàn)出單細(xì)胞表面起皺，邊緣清晰，形狀規(guī)則的狀態(tài)。當(dāng)培養(yǎng)基中含有葡萄糖和Cu²⁺時(shí)，細(xì)菌的形態(tài)沒有明顯變化，但細(xì)胞表面附著了大量絮狀沉積顆粒。當(dāng)細(xì)菌在DEHP中培養(yǎng)時(shí)，單個(gè)細(xì)菌的表面紋理減少，邊緣變得不規(guī)則和光滑。當(dāng)DEHP和Cu⁺共同培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞變得粗糙和不規(guī)則。一些細(xì)胞的結(jié)構(gòu)甚至消失，產(chǎn)生碎片。

• Cu²⁺可能通過與JQ-1細(xì)胞表面官能團(tuán)的相互作用影響DEHP的吸附過程。

• 在葡萄糖中，細(xì)胞酯酶活性，高于單一DEHP污染。在兩種碳源處理中，Cu²⁺污染物的存在降低了細(xì)胞酯酶活性。DEHP和Cu²⁺的組合對(duì)酯酶活性的抑制作用。

結(jié)論

節(jié)桿菌JQ-1的性能優(yōu)于其他已報(bào)道的菌株，無論是酸性土壤還是堿性土壤，JQ-1都是一種出色的種質(zhì)資源，可用于對(duì)高濃度DEHP污染的土壤進(jìn)行生物修復(fù)。此外，JQ-1對(duì)高濃度重金屬表現(xiàn)出很高的耐受性。但是，DEHP和銅的綜合毒性遠(yuǎn)大于它們各自的毒性。兩種污染物的結(jié)合對(duì)幾乎所有測(cè)試的界面特征都有明顯的不利影響。本研究強(qiáng)調(diào)了有機(jī)污染物和重金屬的聯(lián)合毒性，在可持續(xù)發(fā)展過程中起到了警示作用。

離子流實(shí)驗(yàn)使用的測(cè)試液

1.0mM NaCl，1.0mM KCl，0.1mM CaCl₂，0.1mM HEPES，1.0mM glucose，pH 7.0