重金属污染底泥中硫酸盐还原菌的筛选及其As(V)还原活性研究

摘要

砷化合物是一类常见的有毒甚至具有致癌效应的环境污染物，砷化合物的毒性、生物有效性及其在环境介质中的赋存形态和迁移转化过程均与砷的化学形态密切相关。近些年来，砷污染已经成为全球性的环境污染问题之一。微生物在砷化合物形态转化过程中发挥着重要作用。其中，硫酸盐还原菌(SRB)是厌氧环境中参与砷活化和释放的重要微生物类群，由SRB驱动的砷还原过程是影响砷赋存形态及其转化、迁移等环境行为的重要因素，进而关联到砷在环境中毒性的释放，因此，加强生态环境中微生物砷形态转化过程及其机制等相关研究具有重要的科学意义。
　　本研究采用了基于 MiSeq测序平台的高通量测序技术分析了复合重金属污染底泥中微生物种群结构，并着重采用亨盖特(Hungate)技术和夹层平板法从底泥中分离筛选了硫酸盐还原菌，又对其As还原活性进行了初步考察。研究结果表明：锦州湾受重金属污染的底泥中微生物的群落结构与多样性随着重金含量的严重程度而产生变化。在相对较少的重金属污染中微生物种类多于较高金属污染中的微生物种类。采用Hungate厌氧滚管技术和夹层平板法从锦州湾受砷污染的底泥中筛选出110株SRB的纯菌株，通过酶切分型后得到3株不同OTU类型的菌株，分别编号为S2、S3-11和S13。16S rRNA基因序列显示这3株菌分别与梭菌属内的不同―种‖之间亲缘关系最近。3株菌都具有 As(V)的还原性，其中，在As(V)初始浓度为1.0 mmol·L-1时，菌株S3-11可在10 h内还原23.4％的As(V)，但当As(V)初始浓度增加到3.0 mmol·L-1或5.0 mmol·L-1时，菌株S2和S13则相对于S3-11展现出更强的砷还原能力，菌株S2甚至可以在7.0 mmol·L-1的砷环境中生长并在24 h内将14.2%的As(V)还原。菌株S2是严格厌氧菌，为直杆状革兰氏阳性菌，产芽孢，其细胞大小约2.0μm×0.6μm，16S rRNA基因序列与梭菌属中Clostridium sporogenes strain JCM7849同源性为99%。菌株S2可利用蔗糖、葡萄糖、甲酸钠、乳酸钠和乙酸钠为唯一碳源生长，生长适宜温度为30℃，最适宜 pH为中性7.0。以上研究结果显示出锦州湾重金属污染底泥中硫酸盐还原菌能够利用不同浓度的砷酸盐，可能在该区域环境中的砷微生物转化过程中发挥着重要作用。

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第一章 绪 论

1.1 自然环境中重金属砷的来源及危害

1.2 砷在环境中的化学形态

1.3 微生物与砷

1.4 硫酸盐还原菌对重金属形态转化的影响

1.5 本文研究意义与技术路线

第二章 重金属复合污染底泥中微生物多样性

2.1 实验样品准备

2.2 实验方法

2.3 结果与分析

2.4 小结

第三章 砷污染底泥中可培养的SRB纯菌筛选及鉴定

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 结果与分析

3.4 小结

第四章 筛选出的SRB对砷还原能力研究

4.1 材料和方法

4.2 结果与分析

4.3 小结

第五章 具有As(V)还原性的菌株S2生长特性研究

5.1 材料和方法

5.2 结果与分析

5.3 小结

结论

参考文献

作者简介

致谢