Vibrio natriegens на корнях пистии превратила кадмий и свинец из воды в наночастицы CdS и PbS

Исследователи из Харбинского технологического института (Шэньчжэнь), Шэньчжэньского политехнического университета, Университета Чжэцзян Шужэнь и Шэньчжэньских институтов передовых технологий Китайской академии наук объединили пистию (Pistia stratiotes) с модифицированной бактерией Vibrio natriegens. В системе «растение — бактерия» бактерия превращает растворённые кадмий и свинец в полупроводниковые наночастицы CdS и PbS прямо в прикорневой зоне, сообщается в статье в Environmental Science and Ecotechnology doi.orgEnvironmental Science and Ecotechnologydoi.orgОткрыть источник ↗. За несколько циклов обработки система удалила из водной фазы 30% кадмия и 63% свинца doi.orgEnvironmental Science and Ecotechnologydoi.orgОткрыть источник ↗.

Аэробное образование сульфидов в ризосфере

Растения обычно лишь накапливают тяжёлые металлы в тканях, и остаётся опасная биомасса. Биоминерализация сульфидов, как правило, опирается на сульфатредуцирующие бактерии, которые являются строгими анаэробами и не выживают в богатой кислородом зоне вокруг корней. Авторы использовали аэробный штамм XG203 с геном cdsH (цистеиндесульфгидраза) и мутантным геном cysE (серинацетилтрансфераза) doi.orgEnvironmental Science and Ecotechnologydoi.orgОткрыть источник ↗.

Бактерии колонизировали корневые шейки и корневые волоски за 24 часа и росли на корневых экссудатах: в основном жирных кислотах, фосфатах, спиртах, углеводах, аминах и органических кислотах doi.orgEnvironmental Science and Ecotechnologydoi.orgОткрыть источник ↗. Они восстанавливали сульфат до сероводорода, который осаждал Cd²⁺ и Pb²⁺ в виде наночастиц, закреплённых на поверхности клеток. Размер частиц составил 4,94–11,00 нм doi.orgEnvironmental Science and Ecotechnologydoi.orgОткрыть источник ↗. Выделенные частицы CdS в среднем имели размер около 4,94 нм, кубическую кристаллическую структуру, прямую запрещённую зону около 2,44 эВ и давали фототок doi.orgEnvironmental Science and Ecotechnologydoi.orgОткрыть источник ↗.

Удаление металлов и влияние на растение

В среднем за два цикла обработки удаление составило 30,12% для кадмия и 63,50% для свинца, что выше, чем у растений без бактерий. Свободноживущие бактерии удалили менее 3,03% doi.orgEnvironmental Science and Ecotechnologydoi.orgОткрыть источник ↗. По оценке авторов, около 9,89% кадмия и 8,93% свинца связаны с бактериальными биогибридами, остальное распределено между тканями растения и фракциями, связанными с матриксом doi.orgEnvironmental Science and Ecotechnologydoi.orgОткрыть источник ↗.

Бактерии также секретировали индол-3-уксусную кислоту. По сравнению с растениями, не получавшими бактерий, сухая масса корней выросла на 11,50% при кадмиевом стрессе и на 10,04% при свинцовом, а показатели фотосистемы I улучшились doi.orgEnvironmental Science and Ecotechnologydoi.orgОткрыть источник ↗.

Авторы отмечают, что биогибриды извлекаются как материал, связанный с корнями, а не как очищенные наночастицы. Возможные применения они называют так: биосинтез на солнечном свету, фотокатализ и фотоэлектрохимическое зондирование. Результат будет зависеть от солнечного света, времени гидравлического удерживания, влияния других ионов и конкуренции микроорганизмов. Дальше нужно проверить стабильность, конкуренцию и биоизоляцию в условиях, близких к полевым, а затем провести регуляторную оценку перед масштабированием doi.orgEnvironmental Science and Ecotechnologydoi.orgОткрыть источник ↗.