根瘤菌Q32菌株胞外多糖对硅酸盐矿物风化效应及其机制研究

摘要

矿物的风化是自然界普遍存在的一种地质作用，微生物在其中起着重要的作用，而胞外多糖又在微生物对矿物的风化作用中扮演着重要的角色，本文以一株产胞外多糖丰富的根瘤菌Q32为研究对象，研究胞外多糖在矿物风化中的作用。
　　 以Q32为出发菌株，通过转座子插入失活的方法，筛选得到了5株产胞外多糖有不同程度减少的突变菌株KO1、KO2、KO3、KO4、KO5。经研究，各突变株对环境pH的敏感性增强，生物膜形成能力有不同程度的下降，几乎不产多糖的突变株KO5对重金属Cd的抗性降低并且无法形成生物膜。
　　 突变株对黑云母和钾长石的风化作用降低，菌株胞外多糖产量、矿物中Si元素的溶出量、pH变化量三者间有极显著的正相关性。加入提纯的多糖后，突变株对矿物的溶解作用有所增强，但未达到野生型菌株的水平。矿物的溶解是多种因素共同作用的结果，但胞外多糖起着主要的作用，胞外多糖通过酸溶和络合作用使矿物不断溶解。
　　 出发菌株Q32及突变株KO1、KO2、KO3、KO4能形成菌体--矿物复合物，而不产胞外多糖的突变株KO5则无法形成菌体--矿物复合物，在加入提纯的多糖后，菌株KO5能够重新形成菌体--矿物复合物。
　　 突变株KO5在矿物表面的吸附量远低于野生型菌株的吸附量。在0-32 h内，野生型菌株Q32在钾长石和黑云母表面的吸附量持续上升，并在32 h时达到最大值，而后逐渐下降，在40 h后保持基本稳定。0-24 h内，突变株KO5在两种供试矿物表面的吸附量不断上升，在24 h时达到最大吸附量，而后在24-56 h内吸附量持续降低。野生型菌株Q32在钾长石和黑云母表面的最大吸附量分别为2.39×108 cfu/g、2.20×108cfu/g，突变株KO5在两种供试矿物表面的最大吸附量为3.86×107 cfu/g、4.64×107cfu/g。胞外多糖具有促进菌体在矿物表面吸附的作用。
　　 通过Arbitrary PCR的方法，得到了菌株KO5转座子插入位点的侧翼序列，通过同源性比对，发现转座子插入到与Rhizobium leguminosarum bv.Viciae3841中编码hypothetical protein RL2851的基因具有高度的同源性，并且LacZ的方向与被插入基因的方向相同。通过对KO5在不同矿物条件下LacZ的表达情况的检测，发现矿物的存在会增强转座子插入位点基因的表达，促进胞外多糖的合成。