镉(Cd)是一种有毒重金属，通常以二价阳离子或与其他元素结合的化合物形式存在。环境中自然存在微量的镉;但是，通过采矿、工业固体废物废水排放以及磷肥的径流等人类活动大大增加了镉流动，造成了镉污染。镉污染对中国和泰国等亚洲国家的稻田造成严重影响，以致于许多人食用了在镉污染土壤中种植的水稻。研究表明原位生物修复是一种很有效的解决方法，因为微生物可以利用许多机制，如细胞内的生物积累、细胞表面或细胞外聚合物物质(EPS)的生物吸附和生物转化将镉转为低毒形式，土壤不仅可以保持原有性质，还可以进行正常水稻生产。

泰国宋卡王子大学Jakkapan Sakpirom等人研究了一种紫色非硫细菌（PNSB），即沼泽红假单胞菌TN110，通过利用胞内半胱氨酸脱硫酶合成CdS纳米颗粒(作为光收获剂/光敏剂)来生物调节镉和固定氮。在微光条件下，沼泽红假单胞菌TN110利用生物沉淀合成了平均尺寸为4.85 nm的CdS纳米粒子。CdS的傅里叶变换红外光谱揭示了蛋白质的羰基、酰胺I和II带的弯曲振动以及芳香和脂肪族胺的C-N拉伸振动。这些条带和基团表明蛋白质在纳米颗粒的表面具有封盖/结合作用。在最佳条件下(pH 7.5、30℃和3000 lux)，沼泽红假单胞菌TN110将25.61%的0.2 mM CdCl2转化为CdS纳米颗粒。产生的CdS纳米颗粒的半数最大抑制浓度(IC50)为1.76 mM, IC50处产生的CdS纳米颗粒调了与固氮相关的两个基因:Mo-Fe固氮酶基因(nifH)和V-Fe固氮酶基因(vnfG)，分别上调了2.83倍和2.27倍。相反，所制备的CdS纳米颗粒对Fe-Fe固氮酶基因(anfG)有轻微的下调作用。菌株释放的NH4+支持了基因表达结果。证明了沼泽红假单胞菌TN110具有同时作为镉生物修复剂和固氮剂的巨大潜力。

   该文献研究表明，CdS纳米颗粒是在细胞内产生的，然后从细胞中释放出来，其中少量残留在细胞内。实验产生的细胞内外CdS纳米颗粒浓度分别为1 mg/L和200 mg/L。只有细胞外的CdS纳米颗粒用于实验。在室温下(23±2℃)微光条件下，对沼泽红假单胞菌TN110在(A)细胞外和(B)细胞内生物合成的CdS纳米粒子的紫外-可见光谱进行了研究。结果表明在细胞内和细胞外的CdS纳米颗粒的性质并无不同。

  此外，该文章也利用高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、能量色散x射线光谱学(EDS)、选择性区域电子衍射(SAED)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对生物合成的CdS纳米粒子进行了表征。结果显示生物共沉淀法制备的CdS纳米粒子基本呈球形，粒径分布均匀，平均粒径为4.85 nm。SAED显示纳米晶为立方晶，a-d间距为3.61 A。EDS显示含Cd和S元素。细胞外CdS纳米颗粒的FTIR光谱结果表明CdS纳米颗粒的形成与细胞化合物的分子结合有关。氨基酸残基和多肽中的羰基具有很强的结合金属的能力。它们可以形成覆盖金属纳米颗粒的涂层。涂层促进了纳米颗粒在介质中的团聚。

  最后，该文章为了探究CdS的合成对N2固定以及NH4+释放的影响。分别在添加Mo-Fe固氮酶和V-Fe固氮酶条件下测量NH4+的释放量。在Mo-Fe条件下，暴露于CdS纳米粒子和Cd（II）离子的NH4+释放量分别增加了2.83倍和1.11倍。在V-Fe条件下，仅暴露于CdS纳米粒子的NH4+释放量增加了2.27倍。菌株NH4+的释放量支持了固氮酶的基因表达。暴露于CdS纳米颗粒上由nifH和vnfG编码的Mo-Fe和V-Fe固氮酶（与未暴露相比）分别增加了2.57倍和1.60倍，而由anfG编码的Fe-Fe固氮酶则减少了（图A）。对于Cd（II）离子暴露，则只有nifH轻微上调（1.31倍变化），其他无变化（图B）。综上研究结果表明CdS的合成促使NH4+释放，NH4+释放使固氮酶基因表达进而促进N2固定。

总结语：

该文献研究了沼泽红假单胞菌TN110的双功能作用：固氮和生物修复重金属离子。在生物修复方面，将生物沉淀的Cd(II)离子制备成均匀的CdS纳米颗粒4.85nm。作者观察到该菌株产生的蛋白质包衣官能团作为CdS纳米粒子的稳定剂。半胱氨酸脱硫酶被认为是纳米颗粒形成的负责酶，在不同的N2固定金属辅助因子下具有相似的活性水平。此外，CdS纳米颗粒在IC50上调了Mo-Fe和V-Fe固氮酶基因的表达。本研究证实了TN110通过生物共沉淀法降低Cd(II)离子毒性的潜力。同时,CdS纳米颗粒作为光敏剂增加生物固氮作用导致更多的NH4+释放。因此，沼泽红假单胞菌TN110作为生物肥料和Cd污染稻田的生物修复剂具有重要的研究价值。本文中对CdS纳米粒子的表征手段，比如SAED和FTIR等值得我们借鉴学习。精读该篇文献有助于相关领域的背景强化，对今后实验过程中材料的选择也有一定的帮助。

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