綠僵菌“出馬”參與汞污染治理

方衛國教授和研究生們在實驗室。(攝影：朱原之）

汞是三大毒性金屬元素之一，十大致癌物之一，是環境毒素與健康殺手。

日前，浙江大學生命科學學院方衛國教授從一種常見的真菌——綠僵菌身上挖掘到兩個基因，它們聯手能將土壤和水體中劇毒的甲基汞和二價汞一步步轉化為低毒易揮發的零價汞。

這一機制不但讓綠僵菌具備“解毒”本領，還能為與之共生的植物筑起一道天然防線，抵御汞的威脅。這項發現于11月15日在線發表于美國《國家科學院院報》。雜志還將其作為學術亮點進行了報道。報道認為，綠僵菌抗汞能力的遺傳和生化機制的揭示，有望為汞污染的治理提供更有效、更安全的生物修復方法。

神奇綠僵菌

綠僵菌是一種真菌，它們的模樣有點像放久的橘子表皮長出的青霉菌斑塊，暗綠色的孢子藏在白白的菌絲下面。在農業生產上，它是一種廣泛使用的生物殺蟲劑。

綠僵菌能夠有效地感染田間的蝗蟲、草地貪夜蛾和蚊蟲等眾多害蟲，在宿主身上成長壯大、繁衍生息，最終讓宿主又“綠”又“僵”，一命嗚呼。

這么兇悍的綠僵菌，對植物來說則是溫柔的守護神。綠僵菌活躍于植物的根系，把土壤中磷元素溶解出來，供給植物更好地吸收，植物也將自己制造的葡萄糖“回贈”給綠僵菌。

同時，綠僵菌還能幫助植物抵御一些微生物病原菌的侵襲。綠僵菌與植物互利互惠的關系，已經在地球上延續了數百萬年。

綠僵菌讓方衛國癡迷多年，在他眼中，它的1.1萬個基因是一座巨大的寶庫，每個基因都值得好好鉆研。“我們試圖從基因的角度去理解有趣性狀背后的機制。其中一方面是遺傳進化機制，弄清楚是什么基因導致了宏觀的性狀，這種基因在進化過程中的來源；一方面是分子與生化機制，探究基因與環境交互的機理，以便更好地利用它為人類服務。”方衛國說。

早在2019年，方衛國團隊在美國《國家科學院院報》發文，指出綠僵菌的基因組中18個基因是通過水平轉移而來的。這些從細菌或節肢動物獲得的“外來基因”，有些能產生幫助突破昆蟲體壁的物質，使綠僵菌獲得了穿透昆蟲“銅墻鐵壁”的能力，成為它侵染昆蟲的“殺手锏”。

化汞于“無形”

在剛剛發表的研究中，方衛國展示了他在綠僵菌上淘到的兩件新“寶貝”：MMD和MIR，兩個基因都與汞有關。眾所周知，汞有不同類型的化合物和單質，其毒性各不相同，其中毒性最強的當屬甲基汞，這種有機汞進入人體后遍布全身各器官組織中，損害神經系統，造成不可逆的損傷。

方衛國介紹，基因MMD直接與甲基汞相關，它能產生脫甲基酶，將劇毒的甲基汞降解到二價汞的形式；而MIR則能產生汞離子還原酶，讓二價汞進一步轉化為零價汞（汞單質），毒性進一步降低，且容易揮發到空氣中，從而被活性炭吸附后輕松去除。

研究人員發現，地球上的150多萬種真菌中，同時擁有這兩個基因的物種很少見，而其中只有綠僵菌能與植物形成互惠共生的關系。“這讓我們非常好奇，有了這兩個基因，綠僵菌是否真能抗汞？”。

研究人員在培養皿中模擬了汞污染的重災區，每升培養基中含有10毫克的甲基汞。人類派出三類綠僵菌“敢死隊”接受考驗：敲除抗汞基因的綠僵菌；野生型綠僵菌；抗汞基因加強版綠僵菌。

結果顯示，野生型的綠僵菌能夠在重災區基本正常生長，不受妨礙；而敲除抗汞基因的綠僵菌則奄奄一息，生存半徑明顯萎縮，最終“中毒身亡”；抗汞基因加強版的綠僵菌，則表現出了比野生型更強的生命力。“我們還做了一組回補實驗，將兩個抗汞基因重新補回基因敲除的綠僵菌，它們的抗汞性能又回來了。”方衛國教授說。研究證實，兩個基因聯手，巧妙地化汞于“無形”，賦予了綠僵菌應對劇毒甲基汞的能力。

綠僵菌不但為自己“解毒”，還能為植物“擋槍”。研究團隊介紹，他們開展了“玉米試毒”實驗。玉米本身是對甲基汞是沒有招架之力的，但有了綠僵菌的護佑，綠僵菌能及時地將土壤中的甲基汞層層“解毒”，減少汞進入植物體內的機會。10天以后，“重災區”的汞已不見蹤影，玉米長勢良好。

有望高效治理汞污染

因為綠僵菌抗汞特性的研究，方衛國開始關注嚴峻的汞污染問題。隨著工農業生產的發展和全球變暖，汞污染正在加劇威脅人類健康和糧食安全。就目前來說，環境中的汞污染主要依靠物理吸附、植物吸附等方式進行，但效果并不理想或維護成本過高。

方衛國在綠僵菌身上看到了新的希望。“我們已經在實驗室證明了與植物共生的綠僵菌可修復土壤中的汞污染，降低植物的汞累積，促進植物健康與生長；將綠僵菌菌絲投入汞污染的水，也可以修復淡水和海水中的汞污染。”方衛國介紹。

他指出，綠僵菌的維護成本很低，它們可依靠植物根系分泌的營養物質生長而繁殖，具備一次釋放、長期治理的特點。他認為，讓綠僵菌在廣袤的農田和山林中參與污染土壤治理，這將會是一種可行性很高的土壤汞污染微生物修復技術。

“目前，我們對該項技術申請了多項國內外ZL，并正在開展相關的田間試驗。”方衛國對下一步實驗充滿信心。

據了解，由于綠僵菌是一種農業生產中廣泛使用的生物防治劑，其在生態環境中的安全性已經得到證實，它的批量生產技術也已成熟，實驗室和現實應用的距離并不遙遠。

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