近日，南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室丁德馨教授团队在Journal of Hazardous Materials发表了题为“Organophosphorus mineralizing-Streptomyces species underpins uranate immobilization and phosphorus availability in uranium tailings”的研究论文，报道了铀（U）尾矿中链霉菌驱动的有机磷（Po）矿化增强铀酸盐固定和磷有效性（AP）的机制，拓宽了我们关于溶磷菌（PSB）对铀酸盐固定的认识。具体而言，链霉菌属可以在尾矿中富集，并通过Po矿化（例如phoD, ugpBAEC）途径对磷（P）有效性做出了很大贡献。此外，链霉菌属可以通过分解有机磷化合物，增强NADH依赖性泛醌-细胞色素C还原酶(petA)介导的铀酸盐的固定。研究结果强调了链霉菌通过提高铀酸盐的固定和磷有效性在U尾矿修复中的生态作用。
本研究结合基因扩增子测序、宏基因组、宏转录组测序分析和菌株分离，探讨了PSB对铀矿区铀酸盐和磷可利用性稳定的影响。结果发现，微生物驱动的Po矿化途径是提高U尾矿中P有效性的主要过程，链霉菌类群可以增加土壤AP含量，并分别通过还原和共沉淀途径固定胞外基质U(VI)和胞内细胞质U(VI)。本研究首次揭示了链霉菌驱动的有机磷矿化作用固定铀酸盐和增加AP的途径，并强调了链霉菌生态功能对铀矿影响生态系统中铀和磷循环的重要性。
将U(VI)还原为U(IV)是修复U污染场地的重要考虑因素。在U矿区生态恢复过程中，PSB有助于铀酸盐的解毒。然而，目前尚不清楚PSB如何调节U在土壤中的环境命运。
PSB通过 (i)磷饥饿反应；(ii)Po矿化：(iii)无机磷酸盐(Pi)增溶；(iv) P运输；(v)细胞内P代谢介导P的可用性，使微生物能够在极低磷条件下获得外部磷源。为了避免高毒性U(VI)的胁迫，微生物质周细胞色素C系统和MtrABC复合体可以将细胞外U(VI)还原为U(IV)，U(VI)可以通过铁摄取系统转运到细胞质中。但PSB驱动的P循环和铀酸盐固定之间的联系仍然不清楚。
因此，厘清PSB驱动的P循环和铀酸盐固定之间的联系对于理解铀矿区土壤微生物的生存策略，提高PSB在U尾矿修复中的生态地位具有重要的现实意义。
为了获得具有代表性的样品，我们采集了20个根际土壤和20个非根际土壤样品。样品覆盖了铀矿区污染土壤（TL）和铀矿区周边土壤（SL）的不同污染程度。通过Hedley和Tessier法测定了风干土壤中的U、P含量， S-ACP和植酸酶的活性评估微生物在土壤磷代谢中的潜力。结果表明微生物在TL中必须承受高毒性U胁迫，微生物P循环潜力在TL中更活跃。此外，SL中的MBP含量与S-ACP和植酸酶的活性一致，可能是由于SL中微生物生物量较高。S-ACP、植酸酶的活性与AP之间负相关，表明高AP可能会抑制参与P循环的微生物活性。
为了确定PSB的差异分布，我们分析了U矿区gcd和PhoD-富集群落细菌的组成、结构和多样性。结果证实大多数属于放线菌的PSB主要富集于TL，这意味着放线菌可能主导了土壤中P和U的转化，gcd和Phod-富集群落微生物的多样性和结构具有不同的特征。
为了确定PSB和环境因子对土壤AP的影响，我们使用RF对检测到的环境因子的重要性进行了排序，并使用PLS-PM对潜在的重要影响因子的贡献进行了量化。RF分析表明，SOC和植酸酶是决定土壤AP的重要因子，这表明SOC和PhoD群落在土壤中分解难降解磷的过程中占主导地位。
PhoD群落对土壤AP有很强的正效应，而gcd群落对土壤AP无显著影响，表明PhoD群落对土壤AP起主要作用。其他环境因子也会影响PSB群落的多样性。VPA证实，AP对PhoD群落变异的解释比例更大。这些结果表明，PhoD-富集群落主导了铀矿区环境中的磷供应。
将52个参与微生物P循环的基因分为P饥饿响应基因、P转运基因、Pi溶解基因、Po矿化基因和细胞内P代谢基因5个亚群。TL中大多数Po矿化和细胞内P代谢基因的丰度高于SL，表明TL中微生物的Po矿化潜力大于SL。在Po矿化和细胞内P代谢基因的转录本丰度方面也观察到类似的趋势。此外，宏转录组数据显示TL中U（VI）还原、铀酸盐转运、电子转运基因的转录本丰度高于SL，证实了TL中参与铀酸盐抵抗的转录本活跃。这些结果表明，铀尾矿中的微生物主要广泛存在Po矿化和铀酸盐解毒途径。
大多数 MAGs 含有参与Po矿化、Pi溶解、U（VI）还原和铀酸盐转运的功能基因，携带PhoD的MAGs携带ugpBAEC、afuA、petA的基因。在P循环基因中，PhoD，petA始终高水平表达。这些结果表明链霉菌类群不仅具有抗U能力，还能矿化Po。
Po 矿化和铀酸盐固定的潜在途径可能是Po通过ugpBAEC进入细胞外质后，在ALP作用下将细胞质中的Po分解为PO43-。一部分PO43-通过TCA循环被同化为NADH，另一部分与铀酸盐结合形成U-P沉淀。泛醌-细胞色素C还原酶通过NADH的电子传递，在细菌外膜上将铀(VI)还原成铀(IV)。这些结果显示了微生物矿化增强铀酸盐固定的潜在耦合途径。
分离到的链霉菌PSMY1经20 mg/L U(VI)处理后铀含量高于经同浓度U(VI)处理的固定细胞组，200 mg L/U(VI)处理后细菌表面吸附了大量的铀。PSBY1能在6小时内消耗溶液中 95.2%的U(VI)并将其矿化，表明其具有出色的铀酸盐固定能力。
与CK组相比，在U（VI）处理下ALP的活性显著增强，UCR含量明显增加，这表明petA基因是降低U（VI）的原因。P + U200组的UCR含量显著高于U200组，证实了P对UCR合成的贡献。
这项研究说明了链霉菌驱动铀尾矿中有机磷矿化提高铀酸盐固定和磷供应的机制，拓宽了我们对PSB固定铀酸盐的认识。具体而言，链霉菌类群可在尾矿中富集，并通过磷矿化对AP作出重大贡献。此外，链霉菌类群可通过分解有机磷化合物，增强由依赖NADH的泛醌-细胞色素C还原酶介导的铀酸盐固定。本研究强调了链霉菌在铀尾矿修复中的生态作用，即提高铀酸盐的固定化和磷的可用性。鉴于链霉菌属在采矿环境中非常普遍，有必要进一步研究如何利用这些 PSB 通过生物增殖技术修复原位铀污染土壤，并评估它们对土壤磷和铀循环的贡献。
