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为了解决传统化学合成银纳米颗粒（AgNPs）方法中存在的毒性大、成本高、环境不友好等问题，并寻求一种高效、可持续的绿色合成途径，研究人员开展了利用抗银细菌Bacillus velezensis BS1生物合成AgNPs的研究。研究成功优化了合成条件，所得AgNPs展现出对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的强效抗菌活性，对A431皮肤癌细胞显著的细胞毒性，并能促进豌豆和鹰嘴豆种子萌发与生长。该工作为安全、环保的纳米银制备及在医药、农业等领域的应用提供了有前景的新策略。
在纳米技术的星辰大海中，银纳米颗粒（AgNPs）凭借其独特的物理、化学和生物学特性，如同一颗耀眼的明星，在医药、农业、环境等多个领域展现出巨大的应用潜力。从抗菌敷料、靶向药物递送到作物增产，AgNPs的身影无处不在。然而，这颗明星的“诞生”过程却常常伴随着阴影——传统的化学和物理合成方法往往需要用到有毒的化学试剂，消耗大量能源，不仅成本高昂，还可能产生有害副产物，引发环境和生物安全问题。这使得科学家们将目光投向了“绿色合成”，一种利用植物、微生物等生物系统来温和、环保地制造纳米颗粒的方法。其中，细菌因其培养简单、生长快速、易于基因操作等优点，被视为理想的“纳米工厂”。但是，并非所有细菌都能胜任，关键在于找到那些既能耐受高浓度银离子、又能高效将其还原为纳米颗粒的“超级工人”。于是，一项新的探索开始了：能否从我们脚下的土壤中，挖掘出这样一位兼具“抗银”体质和“合成”才华的细菌“巧匠”，并让它为我们生产出性能卓越、应用广泛的AgNPs呢？
为了回答这个问题，研究人员开展了一项系统的研究。首先，他们从埃及曼苏拉大学农学系农场的土壤样品中分离了11株细菌，并通过在含银培养基上的生长测试，筛选出对硝酸银（AgNO3）具有抗性的菌株。接着，他们利用这些菌株的无细胞上清液（细菌还原提取物，BRE）与AgNO3反应，通过观察溶液颜色变化和紫外-可见光谱（UV-Vis）分析，确定了生物合成AgNPs效率最高的菌株BS1。随后，研究人员对BS1菌株进行了形态学和基于16S rRNA基因测序的分子鉴定，明确了其种属。为了最大化AgNPs的产量和质量，研究团队对合成过程进行了两步优化：先是优化菌株BS1的生长条件（温度、pH、碳源）以制备高效的BRE；然后优化生物还原反应本身的条件（AgNO3浓度、反应温度、pH）。成功合成后，他们利用紫外-可见光谱、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和Zeta电位分析等多种技术对AgNPs的形貌、大小、表面化学和稳定性进行了全面表征。最后，为了评估其应用价值，研究人员系统测试了所合成AgNPs的抗菌活性（针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌）、细胞毒性（针对人表皮样癌A431细胞）以及对植物（豌豆和鹰嘴豆）种子萌发和幼苗生长的影响。该研究成果最终发表在《Applied Microbiology and Biotechnology》期刊上。
本研究主要应用了以下几项关键技术方法：1. 微生物分离与筛选：从土壤样本中分离细菌，并通过含银平板筛选抗银菌株。2. 分子生物学鉴定：对目标菌株进行16S rRNA基因测序与系统发育分析以确定物种。3. 合成过程优化：采用单变量法优化菌株生长及AgNPs生物合成的多个物理化学参数（温度、pH、底物浓度等）。4. 纳米材料表征：综合运用UV-Vis光谱、透射电镜、FTIR光谱和Zeta电位分析对合成的AgNPs进行形貌、尺寸、组成及稳定性表征。5. 生物学活性评估：通过最小抑菌浓度/最小杀菌浓度测定、生长动力学、琼脂扩散法评估抗菌活性；采用MTT法评估对癌细胞的细胞毒性；通过种子萌发实验和幼苗生长指标测定评估其对植物的影响。
研究结果
菌株分离、筛选与AgNPs的生物合成
从土壤中分离出11株细菌（BS1-BS11），其中BS1和BS7能在高达200 mg/L的AgNO3浓度下生长，表现出银抗性。利用这两株菌的细菌还原提取物与AgNO3反应，溶液均变为棕色，初步表明AgNPs的形成。紫外-可见光谱分析显示，BS1在410 nm处有一个更强、更尖锐的表面等离子共振吸收峰，表明其合成AgNPs的效率更高、颗粒更小且更均一，因此选择BS1进行后续研究。
菌株鉴定
通过形态学观察和16S rRNA基因序列分析，将最具合成潜力的菌株BS1鉴定为Bacillus velezensis，并将其命名为Bacillus velezensis BS1。其16S rRNA基因序列已存入GenBank数据库。
AgNPs生物合成条件的优化
研究对影响AgNPs合成的因素进行了系统优化。
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菌株生长条件：BS1在30°C、pH 8、添加1%果糖的培养基中生长时，制备的BRE合成AgNPs的效率最高。
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生物还原反应条件：在BRE与5 mM AgNO3的体系中，于70°C、pH 9下反应3小时，AgNPs的合成速率最快，产量最高，紫外吸收峰最强。
生物合成AgNPs的表征
在优化条件下合成的AgNPs经多种技术表征：
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UV-Vis光谱：在425 nm处显示强而尖锐的SPR吸收峰，证实形成了小而分散的AgNPs。
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透射电镜：显示AgNPs主要为球形，部分为卵形，尺寸在10-50 nm之间，分散良好，且颗粒周围可见一层白色包裹层，表明被生物分子覆盖。
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FTIR光谱：显示存在O-H/N-H、C=O、C-N等官能团的吸收峰，表明蛋白质、多糖等生物分子参与了AgNPs的还原和稳定化过程。
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Zeta电位：测得值为-37.9 mV，表明AgNPs表面带强负电荷，胶体稳定性优异。
抗菌活性
生物合成的AgNPs对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌均表现出强烈的抗菌活性。
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MIC/MBC：对两种菌的最小抑菌浓度均为12.5 μg/mL，最小杀菌浓度均为25 μg/mL。
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生长动力学：AgNPs能以剂量依赖的方式显著抑制甚至完全阻止细菌的生长，其效果在12.5 μg/mL时与15 μg/mL的阿莫西林相当。
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琼脂扩散法：在琼脂平板上形成清晰的抑菌圈，且AgNPs的抑菌效果优于相同浓度的AgNO3。金黄色葡萄球菌对AgNPs更为敏感。
细胞毒性
通过MTT实验评估了AgNPs对人表皮样癌A431细胞的毒性。结果显示，AgNPs能以剂量依赖的方式显著降低癌细胞活力，处理24小时后的半抑制浓度为91.55 ± 0.93 μg/mL。形态学观察也显示细胞出现了凋亡特征。
对种子萌发和幼苗生长的影响
AgNPs处理能显著促进豌豆和鹰嘴豆种子的萌发和早期幼苗生长。
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萌发率：在测试浓度（10-100 μg/mL）下，两种种子的萌发率均等于或高于对照组，其中豌豆在100 μg/mL时萌发率达到100%。
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幼苗生长：AgNPs处理增加了幼苗的根长、根分枝、茎长、叶片数和鲜重，从而显著提高了幼苗活力指数。然而，在鹰嘴豆中，最高浓度（100 μg/mL）对根的生长表现出毒性，导致根变短、变粗、分支减少且尖端褐变。
结论与意义
本研究成功从土壤中分离并鉴定出一株具有高效生物合成AgNPs能力的抗银细菌Bacillus velezensis BS1。通过系统优化，确立了其合成AgNPs的最佳条件。所合成的AgNPs具有尺寸小、分散性好、稳定性高的特点，这主要归功于细菌分泌的蛋白质、多糖等生物分子在还原银离子的同时，也作为封端剂稳定了纳米颗粒。功能评估揭示了这些绿色合成的AgNPs具有多重生物学效应：强大的广谱抗菌活性，其效果优于银离子本身；对皮肤癌细胞显著的剂量依赖性细胞毒性；以及在适当浓度下对作物种子萌发和生长的促进作用。
这项研究的意义是多方面的。首先，在方法论上，它证实了Bacillus velezensis作为一种环境友好、非致病性且易于培养的细菌，是进行AgNPs绿色合成的优秀生物工厂，为可持续纳米制造提供了一条新路径。其次，在应用层面，研究系统证明了由此途径获得的AgNPs在生物医学和农业领域的巨大应用潜力。其优异的抗菌性能暗示了其在开发新型抗菌敷料、食品包装材料或环境消毒剂方面的价值；其抗癌活性为开发基于纳米银的癌症治疗策略提供了实验依据；而其促进植物生长的“纳米肥料”效应，则为可持续农业和粮食安全问题的解决带来了新希望。然而，研究也警示了高浓度AgNPs对特定植物（如鹰嘴豆）根系的潜在毒性，强调了在实际应用中精确控制剂量的必要性。总之，该工作不仅拓展了绿色纳米合成的微生物资源库，也为多功能纳米银材料在健康、环境与农业等关键领域的实际应用奠定了坚实的实验基础，有力地推动了绿色纳米技术的发展。
