近日，天津大学地科院界面过程与土壤圈演化研究中心余光辉教授、滕辉教授等与南京农业大学、德国图宾根大学和英国邓迪大学的研究人员合作，研究发现真菌-赤铁矿相互作用后，在菌丝周围形成一层亚微米富氧（16O‾）'矿物膜'。这些'矿物膜'由大量的水铁矿纳米颗粒（< 5 nm）组成。该研究成果以'Fungal Nanophase Particles Catalyze Iron Transformation for Oxidative Stress Removal and Iron Acquisition'为题，发表在美国《Cell》出版集团旗下国际生物学领域综合期刊Current Biology（Nature Index, IF 9.6）上。
地科院余光辉教授为第一兼通讯作者，滕辉教授为共同通讯作者，孙富生博士也参与了该项研究。研究成果得到了国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目和上海光源BL08U1-A、BL02B02及北京光源BL4W1A线站的支持。
图1. 真菌'矿物膜'及其纳米酶活性
微生物-矿物协同演化是地学领域研究的热点问题，全球2/3以上的矿物有生物印迹，这些矿物在微生物作用下形成纳米级颗粒。然而，目前研究者并不清楚这些纳米级矿物是如何影响微生物功能与演化的。
本次天津大学的研究是研究者首次发现，真菌'矿物膜'中的矿物具有较强的纳米酶（过氧化物酶）活性，与原赤铁矿相比，真菌作用120h后形成水矿物的过氧化物酶活性提升了10倍以上。进一步发现，矿物纳米酶的活性主要由矿物表面的氧空位决定，而这些氧空位被矿物表面的羟基占据。在与矿物作用过程中，真菌通过增加矿物表面的氧空位而提升矿物的过氧化物酶活性，有效降解真菌胞外产生的超氧化物（O2·‒）和过氧化氢（H2O2）；而真菌对矿物过氧化物酶活性的提升，不仅缓解了生物体的氧化应激压力，也有助于真菌获取微生物必需的铁元素，同时可以减少生物自身胞外酶的分泌从而节省能量。
图2. 矿物纳米酶调控真菌表面氧化应激压力和铁获取的机制
植物根部土壤真菌菌丝的累积长度为200~800 km/kg。鉴于真菌-矿物相互作用在地球演化、元素生物地球化学循环和土壤形成过程中的关键作用，同时全球94%以上的陆地植物与真菌形成共生关系，该研究结果对微生物-矿物协同演化、表层地球系统中养分循环、矿物碳封存及应对全球变化均有重要的参考价值。
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