[发明专利]耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌及构建方法与应用

说明书

本发明公开了耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌及构建方法与应用，构建：构建载体pJA2‑Psubgt;tho/subgt;‑PCS‑Psubgt;tho/subgt;‑MT：通过自然转化，将载体pJA2‑Psubgt;tho/subgt;‑PCS‑Psubgt;tho/subgt;‑MT转入集胞藻中，获得耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌。本发明的工程菌对Cdsupgt;2+/supgt;、Cusupgt;2+/supgt;和Znsupgt;2+/supgt;等的耐受均有所提高，且在15μM Cdsupgt;2+/supgt;处理两天后，工程菌的干重、Fv/Fm、叶绿素a、类胡萝卜素都高于对照菌株；另外，工程菌的活细胞和细胞冻干粉均对300μM Cdsupgt;2+/supgt;有较好的处理能力；由Cdsupgt;2+/supgt;、Cusupgt;2+/supgt;和Znsupgt;2+/supgt;组成的废水样品经工程菌处理后能够培养正常的PCC 6803菌株。

技术领域

本发明属于工业微生物领域，具体涉及耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌及构建方法与应用。

背景技术

重金属是密度相对较高且在低浓度下具有毒性的金属化学元素。尽管重金属是地球的自然组成部分，但由于快速的工业化和城市化，重金属对环境造成了严重污染。近年来，释放到土壤或水圈中的镉(Cd)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、汞(Hg)、铬(Cr)等化学物质，引起了越来越多的生态和全球公共卫生问题。例如，一些诸如铜、锌和镁的重金属，虽然是人体必需的微量元素，但它们的过度积累也造成严重损害。此外，其他重金属，特别是汞和铅，将导致严重的并发症，包括腹痛、血性腹泻和肾衰竭。因此，制定高效、低成本的重金属污染治理策略至关重要。

传统的重金属化学和物理处理方法通常成本高昂且效果较差。通过细菌、微藻和酵母等微生物进行经济环保的生物修复，已成为一种有希望的策略。其中，蓝藻是唯一进行产氧光合作用的原核生物，约占地球总固碳量的25％。除了作为主要生产者的传统角色外，蓝藻模型如集胞藻PCC 6803已被设计为“光驱动电池工厂”，直接从二氧化碳中生产几十种可再生燃料和化学品。更重要的是，蓝藻由于其丰富的重金属结合位点和结合亲和力，具有一定的生物修复潜力。例如，生物量为2.8g/L的发菜在15-30分钟内对铅和镉(80μg/mL)的去除效率分别达到85％和79％。此外，海洋蓝藻Ccy0110释放的多糖被用作重金属的生物吸附剂，对Cu²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附效率分别约为18.4、23.5和16.5mg/g。然而，大多数重金属即使在低浓度下也对蓝藻有毒，这反过来限制了它们的生物修复能力。例如，虽然集胞藻PCC7806对10mg/L Cr³⁺溶液的吸附效率达到约75.4％，但由于生长明显受阻，在20mg/L的Cr³⁺浓度下吸附效率显著降低。此外，Toth等人证明，Cd²⁺对集胞藻PCC6803的毒性作用涉及快速抑制CO₂依赖性电子传输，随后抑制PS II电子传输和反应中心蛋白D1的降解。因此，亟需一种耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌。

本发明的第二个目的是提供耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌的构建方法。

本发明的第三个目的是提供耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌在重金属生物处理中的应用。

本发明的技术方案概述如下：

耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌的构建方法，包括如下步骤：

(1)构建载体pJA2-P_tho-PCS-P_tho-MT：