祝贺潘乐杰的论文在Water Research发表

2024-04-07 14:52 重庆

近日，课题组的研究成果“Reduced graphene oxide promotes the biodegradation of sulfamethoxazole by white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium under cadmium stress” 在中科院一区SCI期刊《Water Research》（IF = 12.8）接收（研究生潘乐杰为第一作者）。

第一作者：潘乐杰硕士研究生

通讯作者：袁月副研究员、杨胜韬教授

论文DOI: 10.1016/j.watres.2024.121558

图文摘要

成果简介

近日，西南民族大学杨胜韬老师课题组在Water Research上发表了题为“Reduced graphene oxide promotes the biodegradation of sulfamethoxazole by white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium under cadmium stress”的研究论文(DOI: 10.1016/j.watres.2024.121558)，探究了还原石墨烯（RGO）在Cd²⁺胁迫条件下对黄孢原毛平革菌（WRF）降解磺胺甲恶唑（SMX）的促进作用及机理。发现在Cd²⁺胁迫下RGO能够增强WRF对SMX的降解活性，提高SMX的降解效率。这可以归因于RGO具有良好的生物相容性，有效缓解了Cd²⁺胁迫诱导WRF产生的氧化损伤，并能促进漆酶（Lac）与锰过氧化物酶（MnP）的分泌，同时保护菌丝结构免受Cd²⁺的破坏。

全文速览

本研究首先通过维生素C还原法制备了RGO，将RGO与WRF同时接种至含有Cd²⁺的液体培养基中，培养4 d后加入SMX。通过测定培养体系中SMX的残留浓度评估WRF对其降解效能，发现在Cd²⁺胁迫下抑制对SMX的降解，而RGO能缓解该抑制作用并促进WRF降解SMX。为探究内在机理，测试WRF的鲜重、干重、Lac活力、MnP活力以及氧化应激各项指标评估RGO在Cd²⁺胁迫下对WRF生长活性的影响；通过高碘酸-希弗染色（PAS）法观察WRF的菌丝结构评估RGO在Cd²⁺胁迫下对菌丝结构的影响；最后使用LC-MS分析了WRF对SMX的降解路径，并进一步分析了RGO对降解路径的影响。

引言

抗生素在水环境中的残留问题已经被广泛关注，亟需寻求经济有效的去除方法，微生物降解法因具有绿色、经济、操作简单等优点而备受青睐。但重金属的广泛存在严重阻碍了水环境中抗生素的生物降解效率，因此有必要寻求一种能够提高重金属共存条件下微生物降解抗生素的方法。RGO具有良好的生物相容性与较低的生物毒性，并能够刺激微生物的生长，因此本研究选择RGO为研究对象，探究其在Cd²⁺胁迫下对自然界广泛存在的真菌——白腐菌（WRF）降解水中SMX的影响。

图文导读

SMX的降解

SMX降解实验（Fig. 1）证明，RGO能够促进WRF对SMX的降解，RGO/WRF组在96 h内对SMX的降解效率比WRF组高12.16%。通过分时段计算各实验组的拟一级反应速率常数（K_obs）发现Cd²⁺浓度与K_obs值呈现明显的负相关性以及剂量效应，但这种剂量效应在 48 - 96 h大大减弱。同时我们发现Cd²⁺对WRF降解SMX的抑制作用在RGO存在时可以得到明显缓解，结果表明添加RGO的实验组降解SMX的各个时段K_obs值均要大于其未添加RGO的阴性对照组。

WRF活性测试

如图Fig. 2所示，Cd²⁺胁迫严重抑制了黄孢原毛平革菌Lac与MnP的活性。当Cd²⁺浓度为24 mg/L时，Lac与MnP活力值分别为0.45 U/L与38.28 U/L。而RGO的存在可以使Lac与MnP活力值保持在正常水平，即使在Cd²⁺浓度为24 mg/L时，RGO/WRF/Cd²⁺ - 24 mg/L组Lac与MnP活力值分别为67.2 U/L与328.5 U/L。Lac与MnP在SMX降解过程中发挥着巨大作用，RGO在Cd²⁺胁迫下对Lac与MnP活性的保护作用解释了Fig. 1的现象。

氧化应激

测试了WRF降解SMX前后的氧化应激情况（Fig. 3）。发现在降解SMX前Cd²⁺对WRF造成了严重的氧化损伤，而RGO减缓了Cd²⁺胁迫诱导的氧化损伤，使WRF机体能产生正常的氧化应激反应。降解SMX后观察到所有的实验组均产生了正常的氧化应激反应，即使在未添加RGO的阴性对照组中。这一现象可以归结为：Cd²⁺对WRF短期毒性较大，长期培养后可以恢复活性，这也进一步解释了Fig. 1中48 - 96 h中Cd²⁺对K_obs值剂量效应减弱的原因。

菌丝结构

Fig. 4. Influence of RGO and Cd²⁺ on the fungus mycelia after the degradation of SMX. (a) WRF; (b) WRF/Cd²⁺-8 mg/L; (c) WRF/Cd²⁺-24 mg/L; (d) RGO/WRF; (e) RGO/WRF/Cd²⁺-8 mg/L; (f) RGO/WRF/Cd²⁺-24 mg/L.

通过PAS法观察了不同浓度Cd²⁺胁迫下的菌丝结构，发现Cd²⁺严重破坏了WRF的菌丝纤维结构，使菌丝密度变小，长度变短，同时出现大量腐烂的菌丝体。RGO的存在保护了菌丝结构，尽管在高浓度Cd²⁺（24 mg/L）胁迫下出现了菌丝密度变小的情况，但依然保留了菌丝的纤维结构。

降解路径

使用LC-MS评估了WRF对SMX的降解路径，并进一步分析了RGO对降解路径的影响。结果发现WRF对SMX的降解路径主要包括路径I与路径II，而RGO的加入诱导了WRF对SMX降解新路径的产生。

自然水体验证

此外，以成都某景观湖泊水为实际水体进行验证，可以发现与液体培养基体系相同的趋势。即WRF降解SWX的作用在Cd²⁺胁迫下被抑制，RGO促进该作用，并可以缓解Cd²⁺对WRF的抑制胁迫。

小结

这项工作探究了WRF在Cd²⁺胁迫条件下对SMX的降解情况，重点关注了RGO在这一过程中起到的促进作用并探究了内在机理。发现RGO可以通过保护菌丝结构、缓解Cd²⁺胁迫诱导的氧化损伤、提高Lac与MnP活力值来促进WRF对SMX的降解。该工作为使用生物降解法处理重金属胁迫下水环境中的抗生素提供了重要的研究基础。

文章链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135424004603

点击“阅读原文”了解本组更多科研成果

环境纳米生物效应研究组

环境纳米生物效应研究组的最新进展

最新文章

课题组研究生在第四届环境修复与健康青年学者论坛中斩获佳绩

祝贺张强强的文章在NanoImpact发表

课题组导师介绍——唐未

祝贺陈倩的文章在Environmental Pollution发表

课题组导师介绍——袁月

祝贺潘乐杰的论文在Water Research发表

课题组招收2024资源与环境专业硕士调剂生

祝贺欧阳博伟的论文在Chemical Engineering Journal发表

祝贺胡若男和黄鹤宇的论文在Environmental Science: Processes & Impacts发表

祝贺欧阳鹏的论文在Journal of Hazardous Materials发表

科研成果 · 2023年

祝贺李鑫的论文在Chinese Chemical Letters发表

课题组牵头获批“第一批四川省教科文卫系统示范性劳模和技能人才创新工作室”

祝贺刘方诗和兰塑珂的论文在Materials Letters发表

祝贺梁成庄的论文在Journal of Hazardous Materials发表

祝贺龚越与潘乐杰的论文在Materials发表

祝贺袁华慧的论文在Ecotoxicological and Environmental Safety发表

祝贺兰塑珂的论文在Nanomaterials发表

祝贺李裙的论文在Ecotoxicological and Environmental Safety上发表

祝贺欧阳博伟的论文在Journal of Environmental Chemical Engineering发表

祝贺欧阳鹏的论文在Chemosphere发表

科研成果 · 2021年

祝贺吐孙尼亚则·麦麦提的论文在Diamond & Related Materials发表

祝贺欧阳博伟的论文在Science of The Total Environment发表

祝贺马强和张强强的论文在Journal of Environmental Chemical Engineering发表

成功会师！310实验室赴青藏高原实验纪实

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉