与植物共生的绿僵菌修复土壤汞污染的机制示意图。科研团队供图
洪恒飞 周炜 科技日报记者 江耘
15日，《美国科学院院刊》（PNAS）在线发表了浙江大学生命科学学院方卫国教授团队的最新研究成果。该团队从绿僵菌内挖掘到了基因MMD和MIR，二者联手能将土壤和水体中剧毒的甲基汞和二价汞一步步转化为低毒易挥发的零价汞。该期刊评价认为，绿僵菌抗汞能力的遗传和生化机制的揭示，有望为汞污染的治理提供更有效、更安全的生物修复方法。
2个基因联手完成二次脱汞
绿僵菌是一种真菌，活跃于植物根系，会把土壤中的磷元素提取出来，供给植物更好地吸收，并帮助植物抵御一些微生物病原菌的侵袭。植物也会将制造的葡萄糖“回赠”给绿僵菌。
“在农业生产上，它也是一种广泛使用的生物杀虫剂。”方卫国说，如果你在田间看到发霉的绿色昆虫“干尸”，大概率是绿僵菌干的。
他告诉记者，团队试图从基因的角度去理解绿僵菌有趣性状背后的机制：一方面是遗传进化机制，弄清楚什么基因导致这类真菌宏观的性状及其来源；另一方面是分子与生化机制，探究相关基因与环境交互的机理，以便更好地利用它为人类服务。
在以往的研究基础上，研究人员此次在绿僵菌中发现了MMD和MIR两个抗汞基因。地球上的150多万种真菌中，同时拥有这两个基因的物种很少见。
方卫国介绍道，基因MMD直接与甲基汞相关，它能产生脱甲基酶，将剧毒的甲基汞降解到二价汞的形式；而MIR则能产生汞离子还原酶，让二价汞再转化为零价汞，毒性进一步降低，且容易挥发到空气中，从而被活性炭吸附后轻松去除。
研究人员通过设置对照试验，在每升培养基中倒入10毫克的甲基汞，模拟汞污染的重灾区，并派出敲除抗汞基因、野生、抗汞基因加强后的三类绿僵菌进行测试。
结果显示，野生型的绿僵菌能够在重灾区基本正常生长，不受妨碍；敲除抗汞基因的绿僵菌则奄奄一息，生存半径明显萎缩，最终“中毒身亡”；抗汞基因加强版的绿僵菌，表现出了比野生型更强的生命力。
绿僵菌治污应用前景可观
随着工农业生产的发展，汞污染正在加剧威胁人类健康和粮食安全。方卫国介绍，汞有不同类型的化合物和单质，毒性各不相同，其中毒性最强的当属甲基汞。这种有机汞进入人体后会遍布全身各器官组织中，损害神经系统，造成不可逆的损伤。目前，环境中的汞污染主要依靠物理吸附、植物吸附等方式进行，但效果并不理想或维护成本过高。
科研人员在绿僵菌身上看到了新的希望。绿僵菌的维护成本很低，可依靠植物根系分泌的营养物质生长而繁殖，具备一次释放、长期治理的特点。
“我们做了一组回补实验，将两个抗汞基因重新补回基因敲除的绿僵菌，它们的抗汞性能又回来了。”方卫国说，研究证实，两个基因“联手”，巧妙地化汞于“无形”，赋予了绿僵菌应对剧毒甲基汞的能力。
除此之外，由于玉米对甲基汞没有招架之力，该团队进一步开展了“盆栽玉米试毒”实验，发现在绿僵菌的护佑下，绿僵菌能及时地将土壤中的甲基汞层层消解，减少汞进入植物体内的机会。10天以后，盆栽玉米中的汞已不见踪影，玉米长势良好。
“团队在实验室中证明了与植物共生的绿僵菌可修复土壤中的汞污染，降低植物的汞累积，促进植物健康与生长。”方卫国介绍，将绿僵菌菌丝投入水中，也可以修复淡水和海水中的汞污染。让绿僵菌在广袤的农田和山林中参与污染土壤治理，将会是一种可行性很高的土壤汞污染微生物修复技术。
“目前，我们对该项技术申请了多项国内外专利，并正在开展相关的田间试验。”方卫国对下一步实验充满信心——由于绿僵菌是一种生物防治剂，在生态环境中的安全性已经得到证实，它的批量生产技术也已成熟，实验室和现实应用的距离并不遥远。
