硒是生命体必需的微量元素,在工农业、医药等领域应用广泛,摄入过量会引起人体、动物和植物中毒。硒具有可变价态(-II、0、+IV和+VI),硒(IV)和硒(VI)毒性最强,会破坏细胞结构,引起DNA的氧化损伤,导致基因突变和肿瘤发生。工业生产、农业活动、矿产开采、煤炭燃烧和玻璃制造等废弃物的排放会导致环境中的硒含量超标,加剧环境危害。“生态环境没有替代品,用之不觉,失之难存”。在控制和消除污染源头的同时,研究和开发具有高效、绿色、廉价的环境污染修复技术,对于以节约资源和保护环境为基本国策,把可持续发展确立为国家战略的我国来说,意义尤为重大。微生物修复环境污染具有环境友好、经济节约、循环持久的优点,是污染修复领域的研究热点。已发现多种能够还原硒化合物的微生物,且还原产物生物纳米单质硒应用领域广泛,潜力巨大。河底是独特的生态环境,也是复合污染物沉淀、吸附和聚集区,有望筛选出具有特殊代谢和适应能力的潜在新种。本课题以从河北滏阳河河底淤泥筛选出的一株具有亚硒酸钠[硒(IV)]抗性和还原能力的溶杆菌潜在新种菌株13A~T为研究对象,主要从硒(IV)抗性/还原新种多相分类学鉴定、Torin 1化学结构还原硒(IV)产生生物纳米单质硒的表型机理表征,以及比较基因组学分析硒(IV)抗性和还原相关功能基因和潜在机制三个方面开展工作,同时还综述了硒抗性/还原微生物资源、微生物对硒的抗性/还原机制和微生物源单质纳米硒的应用现状。主要研究结果如下:1.硒还原溶杆菌多相分类学研究:从河北滏阳河的样品中分离并筛选了18个属的80个菌株。编号为13A~T菌株与已知的标准菌株的16S r RNA相似性与Lysobacter spongiicola DSM 21749~T(97.8%)最高,低于新种判定标准阈值98.7%,推测菌株13A~T可能为溶杆菌属的潜在新种。对菌株13A~T进行了多相分类学鉴定,最终确定菌株13A~T为Lysobacter属的新种,在国际上提出了一个新种名Lysobacter selenitireducens 13A~T。2.菌株13A~T还原硒(IV)产生生物纳米单质硒的表型机理:测定了菌株13A~T在不同浓度硒(IV)胁迫条件的情况下的生长特性;确定了硒(IV)的MIC值约为160 m M,测定selleck NMR了菌株13A~T的硒还原率,在2 m M硒(IV)浓度条件下培养2 d后的还原率为34.5%。硒(IV)诱导条件下,进行SEM-EDS,TEM和FT-IR表征,表明硒还原溶杆菌13A~T还原生成的生物纳米单质硒为大小均匀的球形颗粒(140–300 nm),在胞内胞外均有分布;细胞表面生物分子中的-NH_2、-COOH和-OH等官能团在还原生成纳米硒的过程中可能起到吸附和集聚的作用。3.硒(IV)抗性/还原相关功能基因和潜在机制研究:对菌株13A~T基因组进行了测序和注释,通过KEGG对菌株13A~T的硒还原蛋白通路进行预测,其编码的与硒相关的代谢酶包括γ-谷氨酰转肽酶等10种蛋白酶。通过基因组Venn图分析,推测菌株13A~T中可能具有区别于参考菌的亚硝酸盐还原酶或谷胱甘肽GSH介导的两条硒(IV)还原途径。本研究丰富了硒(IV)抗性/还原菌种新种资源,有助于为硒(IV)抗性medical intensive care unit/还原相关功能基因和分子机制研究提供理论支撑和方法基础。此外,微生物还原转化剧毒硒(IV)化物为多功能生物纳米单质硒材料,在硒(IV)污染生物修复领域具有广阔的应用潜力和开发前景。