【成果回顾】东农EES：NMT发现DEHP-Cu促节杆菌排K+吸Ca2+ 为Cu抑制细菌降解塑化剂提供关键证据

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

东北农业大学资环学院张颖院长带你了解东农

基本信息

主题：NMT发现DEHP-Cu促节杆菌排K⁺吸Ca²⁺ 为Cu抑制细菌降解塑化剂提供关键证据

期刊：Ecotoxicology and Environmental Safety

影响因子：4.872

研究使用平台：NMT环境毒理创新平台

标题：Physiological responses of Arthrobacter sp. JQ-1 cell interfaces to co-existed di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) and copper

作者：东北农业大学张颖

检测离子/分子指标

K⁺、Ca²⁺

检测样品

节杆菌JQ-1细胞

中文摘要（谷歌机翻）

节杆菌JQ-1可以在3天内完全降解500 mg/L的DEHP。Cu²⁺的最低抑菌浓度（MICs）可能达到1.56 mM，但是5.0 mg/L Cu²⁺明显抑制了DEHP降解和细菌生长。因此，JQ-1暴露于DEHP-铜环境下，以基于细胞多个界面（细胞表面，膜和细胞内特性）的生理反应来验证毒性机理。结果表明，500 mg/L的DEHP和5.0 mg/L的Cu²⁺组合可显著降低细胞表面疏水性（CSH）和ζ电势的绝对值，这表明DEHP的生物利用度降低。细胞表面的变化主要是由于Cu²⁺和某些官能团（CH₂，CH₃，芳环和酰胺）之间的相互作用。穿过质膜的质子动力（PMF）减弱可能会干扰能量的形成和利用，这不利于细胞损伤的修复过程。本研究首次将非损伤微测技术（NMT）应用于DEHP和重金属离子的联合毒性研究。DEHP-铜增强了穿过质膜的K⁺流出和Ca²⁺的流入，从而干扰了K⁺和Ca²⁺的稳态，并可能诱导细胞凋亡并进一步抑制DEHP降解。细胞内酯酶活性的下降表明代谢能力明显受到抑制。这项研究增强了作者对响应污染物的细胞不同界面过程的理解。

离子/分子流实验处理

（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⁺
处理3天

离子/分子流实验结果

图1A和图1B给出了不同处理下的实时K⁺和Ca²⁺流速。柱状图中还显示了不同系统中K⁺和Ca²⁺流速的平均值（图1C和图1D）。在DEHP+Cu²⁺处理中，JQ-1的K⁺外排速率高于其他组，即DEHP和Cu²⁺的组合显著抑制了K⁺的内流速率。相比之下，当JQ-1暴露于DEHP-铜时，Ca²⁺的内流速率增加，而无铜存在的处理则明显促进了Ca²⁺的内流速率。

图1. JQ-1细胞在不同体系中Ca²⁺和K⁺净流速(A和B)和平均值(C和D)。正值代表K⁺、Ca²⁺外排，负值代表K⁺、Ca²⁺吸收。

其他实验结果

Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺和Zn²⁺在1.56 mM时对菌株JQ-1的生长有抑制作用。
当JQ-1菌株以葡萄糖为唯一碳源时，铜的加入减缓了细菌的生长速度，降低了OD₆₀₀的最大值。当DEHP作为唯一碳源时，前12 h添加铜可以提高细菌的生长速度，但会迅速进入下降期。
在葡萄糖培养条件下，JQ-1菌株的扫描电镜图像呈现出单细胞表面起皱，边缘清晰，形状规则的状态。当培养基中含有葡萄糖和Cu²⁺时，细菌的形态没有明显变化，但细胞表面附着了大量絮状沉积颗粒。当细菌在DEHP中培养时，单个细菌的表面纹理减少，边缘变得不规则和光滑。当DEHP和Cu⁺共同培养时，细胞变得粗糙和不规则。一些细胞的结构甚至消失，产生碎片。
Cu²⁺可能通过与JQ-1细胞表面官能团的相互作用影响DEHP的吸附过程。
在葡萄糖中，细胞酯酶活性最高，高于单一DEHP污染。在两种碳源处理中，Cu²⁺污染物的存在降低了细胞酯酶活性。DEHP和Cu²⁺的组合对酯酶活性的抑制作用最强。

结论

节杆菌JQ-1的性能优于其他已报道的菌株，无论是酸性土壤还是碱性土壤，JQ-1都是一种出色的种质资源，可用于对高浓度DEHP污染的土壤进行生物修复。此外，JQ-1对高浓度重金属表现出很高的耐受性。但是，DEHP和铜的综合毒性远大于它们各自的毒性。两种污染物的结合对几乎所有测试的界面特征都有明显的不利影响。本研究强调了有机污染物和重金属的联合毒性，在可持续发展过程中起到了警示作用。

测试液

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

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111163

关键词：邻苯二甲酸酯；铜；复合污染；界面；离子流速；植物类

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