抗砷性微生物及其抗砷分子机制研究进展

砷(Arsenic, As)是一种剧毒类金属(Metalloid), 在自然环境中主要以三价亚砷酸盐[Arsenite, AsO2-, As(III)]和五价砷酸盐[Arsenate, AsO43-, As(V)]的无机形式广泛存在。许多微生物在含砷环境的长期适应过程中, 进化了多种不同的砷解毒抗性机制。目前研究发现主要存在4种类型的砷抗性机理, 包括: As(III)氧化, 细胞质As(V)还原, 呼吸性As(V)还原, As(III)甲基化, 这些机制赋予微生物砷抗性并在砷的转化和地球化学循环中起着极     

无机砷在植物体内的吸收和代谢机制

砷污染已成为全球非常突出且急需解决的环境问题,严重威胁人类健康和环境安全.在自然环境和土壤系统中,砷的存在形态相当复杂,但植物砷毒害主要源于As（V）和As（Ⅲ）暴露.As（V）通过Pi的吸收通道被植物根系吸收,并在还原酶（AR）作用下被快速还原为As（Ⅲ）.As（Ⅲ）通过NIP蛋白通道进入植物体内,在砷甲基转移酶(ArsM)的作用下转化为甲基化砷或与谷胱甘肽（GSH）、植物螯合肽（PC）等多肽的巯基螯合封存在根部液泡或转运到地上部分,从而起到砷解毒的作用.同时,植物吸收的一部分砷也可外排到外部介质.本文以农作物尤其是水稻为主线,详述了As（V）和As（Ⅲ）吸收、外排及As（V）还原、As（Ⅲ）甲基化、螯合作用的最新研究进展,并提出了今后的研究重点.     

“吃”砒霜的细菌--解析微生物的砷代谢

研究发现一些微生物可以利用剧毒的类金属砷(As)为自身生长获取能量甚至用砷代替磷维持生长。本文综合分析了近期的研究进展,从以下6方面解析微生物多重的砷代谢产能机制:(1)化能无机自养As(Ⅲ)氧化供能;(2)有机异养型As(Ⅲ)氧化供能;(3)呼吸性As(Ⅴ)还原供能;(4)As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用;(5)As(Ⅲ)氧化、As(Ⅴ)、还原As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用之间的关联;(6)As(Ⅴ)代替磷维持细菌生长。阐明微生物利用砷的机理在生命起源、生命多样性、进化、地球化学循环及污染治理等方面都具有重要价值。     

铅锌矿区耐砷细菌的分离、鉴定及性质研究

旨在从湖南康家湾铅锌矿区的重金属污染土壤样品中筛选出耐高浓度砷的细菌菌株。用稀释涂布法分离耐砷细菌;根据16S r RNA基因系统发育分析鉴定分离得到的砷高耐受性菌株并检测菌株内含有的砷耐受性相关基因;用砷钼蓝法测定耐砷细菌的砷氧化还原能力;并通过吲哚乙酸(IAA)定量实验检测优势菌株产IAA的能力。结果显示,从土壤样品中共分离出152株耐砷细菌,其中6株细菌对As5+和As3+的耐受性值分别高达800 mmol/L和20 mmol/L;并且这6株耐砷细菌分属于5个不同的属:假单胞菌属、苍白杆菌属、芽孢杆菌属、威廉氏菌属和节细菌属;菌株Tw31、Tw133、Sw149和Tw222中存在砷还原酶基因ars C,Bw218和Tw222中存在砷离子外排基因ars B/ACR3(2);在72 h之内,菌株Tw133和Tw222的As3+氧化率(约17%)和As5+还原率(约35%)均高于其他菌株;尤其是菌株Tw133在144 h具有48.66%的As5+还原率;且这两株菌分别能产生42.86μg/m L和24.36μg/m L的IAA。筛选出的Tw133和Tw222菌株在砷耐受性、砷氧还能力和产IAA能力等方面展现出了较明显的优势,为深入研究细菌的砷耐受性机制提供了实验材料。     

淹水条件对土壤砷形态转化的影响

通过淹水条件下的培养试验, 探讨了外源二甲基砷酸（DMA）、一甲基砷酸（MMA）、砷酸盐［As(V)］在土壤中的动态转化规律. 结果表明: 随着培养时间的推移, 加入土壤中的DMA和MMA均主要转化为As(V), 且土壤中As(V)含量均呈增加趋势, 培养到150 d时土壤中As(V)含量均显著高于1 d时的含量(P<0.01). 外源DMA通过脱甲基化作用, 在30 d内即基本转化为As(V), 且有少量的亚砷酸盐［As(Ⅲ)］生成; 而外源MMA的转化速度相对较慢, 培养60 d后才基本完成向As(V)的转化, 同时伴随少量DMA和As(Ⅲ)的生成; 在淹水条件下外源As(V)含量随培养时间的增加而逐渐降低,该过程中除有少量As(Ⅲ)生成外,其形态基本未发生改变.     

厌氧砷还原细菌(Clostridiumsp. ZY1)分离鉴定及基因组分析

为了进一步了解砷矿区重金属污染环境中砷还原微生物多样性,利用厌氧富集手段,针对砷矿区底泥样品进行厌氧砷还原功能微生物资源的分离及纯培养,并结合基因组学对分离菌株进行初步分析。经过富集分离获得菌株ZY1,通过16S rRNA基因相似性及系统发育树分析,表明菌株ZY1属于梭菌属(Clostridium),菌株ZY1的最适pH范围为6.4～7.1,NaCl的耐受范围为0%～3%,菌株ZY1能够耐受100 mmol/L五价砷(As(Ⅴ)),三价砷(As(Ⅲ))的耐受浓度仅为1.98 mmol/L。菌株ZY1基因组大小为4.4 Mbp,包含31个Scaffolds, N50为318 327 bp, GC含量为30.6%,预测得到4 210个基因。基因组信息表明,菌株ZY1具有砷还原的相关基因簇,并具有较好的抗逆代谢通路。研究结果可为矿山酸性废水底泥微生物多样性研究提供参考,并为砷污染环境的修复及生态治理研究提供菌种资源。     

4种蚯蚓肠道微生物对砷毒性的响应差异研究

蚯蚓肠道是微生物多样性的一个潜在存储库。砷对蚯蚓肠道微生物群落的影响已被证实,但砷在不同蚯蚓肠道菌群中生物转化的差异仍不清楚。为了进一步阐述土壤中广泛存在的低浓度砷(浓度为5,15,25 mg/kg)对不同种类蚯蚓肠道微生物影响的差异,将4种典型蚯蚓暴露于砷污染土壤后,测定其肠道微生物组成变化,并分析砷对不同蚯蚓肠道内砷富集、形态和砷生物转化基因的影响。结果显示,所有蚯蚓组织内均存在明显的砷富集,其富集系数由高到低依次为:安德爱胜蚓(1.93)>加州腔蚓(0.80)>通俗腔蚓(0.78)>湖北远盲蚓(0.52),蚯蚓组织和肠道内砷形态主要以无机砷为主,其中As(III)含量比例> 80%,部分蚯蚓组织内还发现少量有机砷。4种蚯蚓肠道微生物群落在门水平上主要以变形菌、厚壁菌和放线菌为主,并与周围土壤细菌群落组成存在显著差异。同时,在土壤和肠道内共检测到17个砷转化基因,其中蚯蚓肠道内As(V)还原和砷转运相关基因相对丰度较高,而砷(去)甲基化基因丰度较低。此外,低浓度砷污染对蚯蚓生长无显著影响,却能引起蚯蚓肠道微生物群落的紊乱。蚯蚓种类和砷污染是引起蚯蚓肠道微生物...     

外源二甲基砷对油菜生长及土壤中砷生物有效性的影响

通过盆栽试验研究了土壤中添加外源二甲基砷(DMA)对油菜(Brassica campestris)生长及土壤中砷生物有效性的影响.结果表明:随着外源DMA添加量的增加,油菜的出苗率和生物量均在一定程度上表现出了低浓度促进而高浓度抑制的现象.当外源DMA添加量达到90 mg·kg-1时,第2季盆栽油菜的出苗率和生物量与对照相比分别下降了9.5%和57.0%,表明DMA对油菜生长的影响具有长期性;随着外源DMA浓度的增加,土壤中有效态砷及油菜体内的砷含量均表现出增加的趋势,相关性分析表明,该三者间具有极显著相关关系;添加入土壤中的DMA主要发生去甲基化作用,产物主要为As(V)及少量的As(Ⅲ),且随着外源DMA添加量的增加,As(V)和As(Ⅲ)的浓度均表现出增加的趋势.     

中国莲（Nelumbo nucifera）幼苗抗氧化系统对砷胁迫的响应

为了研究中国莲（Nelumbo nucifera）抗氧化系统对砷胁迫的响应,研究比较了两种不同价态无机砷As（Ⅲ）和砷As（V）对中国莲幼苗可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量以及抗氧化系统的影响。结果表明,中国莲幼苗中MDA和可溶性蛋白质含量随砷浓度的增加呈现先升高后降低的趋势。中国莲幼苗的MDA和蛋白质含量受As（V）的影响不如As（11]）敏感。抗氧化系统酶中,超氧化物歧化酶（SOD）对砷处理最敏感,当As（11I）浓度在2．5pmol／L和As（V）浓度在100μmol／L时,SOD酶活性显著高于对照组。过氧化物酶（POD）在As（Ⅲ）处理浓度为10umol／L时就出现显著上升,相对而言,过氧化氢酶（CAT）对As（V）比较敏感。实验结果表明,随着浓度的增加,砷对幼苗产生的氧化胁迫导致SOD、CAT和POD三种酶活性有所增加,以配合清除细胞内的活性氧自由基（ROS）,维持细胞代谢的稳定。本研究为进一步研究砷胁迫下莲的生理和生长变化、以及莲的培育和移植提供了部分基础数据。     

海洋细菌Pseudoalteromonas sp. NJ631中NRPS基因簇及核心模件的发掘

[目的]运用基因组信息发掘技术(Genome Mining)对海洋细菌Pseudoalteromonas sp.NJ631基因组中的非核糖体肽合成酶(Nonribosomal peptides synthetases,NRPSs)基因簇资源及其核心模件进行发掘分析,旨在为Pseudoalteromonas属中非核糖体肽(Nonribosomal peptides,NRPs)的发现提供理论依据和数据支持.[方法]依托第二代测序技术获得的Pseudoalteromonas sp.NJ631基因组序列草图,在分析其次生代谢产物编码基因的基础上,利用NRPS-PKS knowledgebase在线预测软件鉴定潜在的NRPSs基因簇,并对其基因组中的NRPSs核心模件腺苷酰化(Adenylation,A)结构域编码基因信息进行发掘.[结果]在NJ631基因组序列草图中发现3个典型结构组成的NRPSs基因簇,命名为NGC1、NGC2和NGC3,分别位于scaffold6,9和11.进一步的结构域预测分析表明,3个NRPSs基因簇均含有3个ORFs,其中NGC1编码7个NRPSs模块 ;NGC2和NGC3均编码6个NRPSs模块.对A结构域的信息发掘显示NJ631基因组中含有38个A结构域编码基因,特异性选择18种氨基酸底物.[结论]通过运用基因组信息发掘技术对海洋细菌Pseudoalteromonas sp.N J631全基因组信息进行NRPSs基因簇及核心模件A结构域的发掘分析,结果提示,通常只在放线菌或真菌中发现的NRPSs基因资源也在Pseudoalteromonas属中大量存在.研究结果也为今后Pseudoalteromonas属中非核糖体肽(Nonribosomal peptides,NRPs)的发现提供理论依据.