Geoderma|土壤微生物介导有机硫矿化生成硫化铜纳米颗粒的新途径 2023-02-21

通过无机硫氧化和还原控制环境中铜形态和生物可利用性已经被广为研究。然而，目前尚不清楚有机硫的矿化过程如何影响铜的形态转化，以及该过程中的关键微生物和代谢途径。本研究发现了一种通过稻田土壤中的半胱氨酸矿化影响铜的形态和移动性的新途径，首先，在土壤培养实验中发现土壤内源微生物可以矿化降解半胱氨酸产生硫化物，从而促进硫化铜纳米颗粒的形成，构建了一种不依赖于硫酸盐还原的硫化铜形成机制。第二，通过微生物分离纯化实验验证细菌在该过程中的贡献，我们从土壤中分离出的一种细菌，命名为Bacillus sp. TR1，可以在细胞膜和细胞质内形成纳米尺度的硫化铜颗粒。第三，应用宏基因组学方法检测与半胱氨酸矿化相关的基因（dcyD、CTH、CBS和sseA）以及土壤中的关键微生物。结果表明，sseA基因丰度相对最高，另外，参与半胱氨酸矿化的微生物在分类学上具有多样化，包括Proteobacteria、Firmicutes和Thaumarchaeota。在属层面，Geobacter, Sulfuriferula、Nitrososphaera、Noviherbaspirillum和Clostridium具有较大的半胱氨酸代谢潜力，从而有助于形成硫化铜颗粒。我们的研究不仅拓宽了对半胱氨酸矿化微生物的丰度、多样性和代谢的初步见解，而且强调了该过程在金属和硫生物地球化学循环中的重要生态功能。

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Fig. 2. TEM-EDS analysis of metal nanoparticles after 7 days of incubation in soil+ Cys+ Cu system.

Fig. 8. Metabolic construction of the putative pathways for cysteine mineralization to drive sulfur cycles and copper sulfide formation.

Hang Xu, Peihua Zhang, Erkai He, Willie J.G.M. Peijnenburg, Xinde Cao, Ling Zhao, Xiaoyun Xu, Hao Qiu*. Natural formation of copper sulfide nanoparticles via microbially mediated organic sulfur mineralization in soil: Processes and mechanisms. Geoderma, 430, 2023, 116300.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2022.116300