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。     

一株新的砷还原菌分离鉴定及其对天然矿物臭葱石的溶解作用

【目的】探究江汉平原土著砷还原微生物如何介导臭葱石的溶解和释放过程,以及硝酸盐和硫酸盐对该过程的影响。【方法】采集江汉平原高砷沉积物,利用多轮传代富集方法筛选出一株兼性厌氧砷还原菌;克隆其16S rRNA基因、砷还原酶基因(arsC)、硫代硫酸盐还原酶基因(phsA)、硝酸盐还原酶基因(nar)以获得其分类地位;分析该细菌的As(V)、NO3–、Fe(III)、S_2O_3~(2–)还原功能;利用microcosm技术分析该菌株催化臭葱石中不可溶砷和铁的溶解和释放作用及硝酸盐和硫酸盐对此过程的影响;采用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等方法对细菌作用前后的矿物表面形貌进行分析。【结果】16S rRNA基因测序结果表明该细菌为柠檬酸杆菌属(Citrobacter sp.),故命名为Citrobacter sp. A11;在Citrobacter sp. A11作用下,0.45 mmol/L As(V)在4 d内被还原成As(III),2.0 mmol/L S_2O_3~(2–)在6 d内被还原成S~(2–),1.0 mmol/L Fe(III)在3 d内被还原成Fe(II),140.0 mg/L NO_3~–在28 h内被还原成NO_2~–;经过28 d该细菌的催化作用使得体系中不可溶砷和铁的释放量分别为33.68μmol/L、51.93μmol/L;硫酸根的加入使得砷和铁的释放量分别增长了41.04%和34.30%,硝酸根的加入则使砷和铁释放量分别降低了35.07%和53.46%。XRD、SEM-EDS分析表明,细菌作用后的臭葱石表面形貌发生明显改变,并出现细小且分散的溶解性颗粒。【结论】本次研究从江汉平原高砷沉积物中富集分离得到一株兼性厌氧砷还原细菌Citrobacter sp. A11,能有效还原As(V)、S_2O_3~(2–)、NO_3~–、Fe(III);砷还原细菌Citrobacter sp. A11能显著促进臭葱石中砷和铁的溶解和释放,硫酸根离子的存在会促进细菌介导臭葱石中固态砷、铁的释放,而硝酸根离子的存在则对此过程起明显抑制作用。     

紫色非硫细菌的砷代谢机制

[目的]系统阐述紫色非硫细菌(PNSB)砷代谢机制和砷代谢基因簇的进化关系.[方法]通过生物信息学方法分析了PNSB砷代谢基因簇的分布、组成、排布方式.采用UV-Vis和HPLC-ICP-MS方法,研究了3个PNSB种类对砷的抗性、砷形态及价态的转化、砷在细胞中的积累和分布以及磷酸盐对As细胞毒性的影响.[结果]砷基因簇分析表明:已公布全基因组序列的17个PNSB菌株基因组中均含有以ars operon为核心的砷代谢基因簇,由1-4个操纵子组成,主要含有与细胞质砷还原和砷甲基化代谢相关的基因,但基因的组成和排列方式因种和菌株而异,尤其是arsM和两类进化来源不同的arsC.实验结果表明:光照厌氧条件下,3个PNSB种类对As(V)和As(Ⅲ)均具有抗性,As(V)和As(Ⅲ)均能进入细胞 ;在胞内As(V)能够还原为As(Ⅲ)并被排出胞外,但不能将As(Ⅲ)氧化为As(V),也未检测到甲基砷化物 ;磷酸盐浓度升高,能够抑制As(V)进入细胞,降低As(V)对细胞的毒性,而不能抑制As(Ⅲ)进入细胞.[结论]PNSB砷代谢机制主体为细胞质As(V)还原,也还有砷甲基化途径.通过对砷代谢基因簇结构多样性特点和进化方式分析,提出了与Rosen不同的ars operon进化途径.这对深入开展PNSB砷代谢和基因之间的相互作用研究奠定基础.     

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...     

一株芽孢杆菌对含砷矿物中砷的还原作用

在自然环境中,砷通常吸附于铁氧化物、铝氧化物等金属氧化物矿物上,或与这些氧化物矿物形成共沉淀。厌氧条件下,微生物可能通过直接还原砷或者还原铁氧化物等载砷矿物从而影响砷的迁移转化。本研究筛选得到芽孢杆菌属的一株细菌DX-04,并研究了该菌株对不同形态砷酸盐的还原作用和还原途径。厌氧条件下,在12~24 h内菌株DX-04对溶解态砷的还原能力最强,溶解态砷对提高细菌生物量具有明显的促进作用。接种菌株DX-04的铁砷共沉淀培养基中液相As(III)浓度呈先升高后降低的趋势,砷发生还原与释放,进而发生二次沉淀再次被固持。当以载砷氧化铝矿物为载砷的模型矿物时,在DX-04菌株的还原作用下,吸附的As(V)首先从氢氧化铝矿物上释放到液相,进一步被还原为As(III)。微生物的这一作用能够引起含砷矿物中的砷向水体、沉积物环境中释放,成为人类健康的潜在威胁。     

稻田土壤固氮菌株的分离筛选及促生潜力

旨为获取高效固氮菌株,为稻田生物固氮能力的微生物调控提供菌种资源。选用4个具有不同固氮效率水平的水稻土样品,采用稀释平板法和富集纯化法从土壤中分离可培养固氮菌株,通过基因组DNA的nifH基因扩增、乙炔还原活性的定量测定和无氮培养基上的生长状况筛选优势固氮菌株,进一步对优势固氮菌株进行促生潜力测定。共分离纯化得到可培养微生物菌株14株,以新分离菌株的基因组DNA为模板,有7株菌株能够扩增出nifH基因。其中,新分离菌株P204、P205、P207和P208在无氮培养基上生长速度较快,乙炔还原活性较高,同时具有IAA生成、溶磷活性和铁载体生成等促进植物生长的潜力,可用于进一步功能基因开发和微生物接种应用研究。     

砷还原菌群对砷的还原作用及菌群的多样性分析

从砷污染土壤中富集砷抗性细菌,在厌氧环境中进行培养,观察其对砷的还原能力。结果表明：在21 h之内,As(V)就被完全还原为As(Ⅲ);培养72 h后,培养基中出现黄色沉淀,采用X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)技术对沉淀进行分析表明,沉淀主要是以3种晶型存在的硫化砷(AsS);培养150 h后,大约有65%的As以上述沉淀的方式从溶液中移除。此外,本文还采用了构建16S rDNA文库的方式对该体系中的微生物种群进行分析,利用RFLP技术对16S rDNA片段进行分型,共得到72个操作单元类型(OTU),其中6个OTU占了库容的51%,从这6个OTU中各选取1个克隆进行测序,结果表明,富集到的砷还原细菌属于喜热菌属(Caloramator)、梭菌属(Clostridium)和杆菌属(Bacillus)。     

高砷含水层参与腐殖酸-铁矿物转化的关键微生物群落及其对砷迁移转化的影响

【目的】探究不同腐殖酸浓度下参与含砷水铁矿转化的微生物类群组成和丰度变化及对砷释放的影响,预测原位高砷含水层中功能微生物群参与有机质—含砷铁矿物转化过程对砷转化释放的作用。【方法】对河套平原高砷地下水和同深度高砷沉积物中的铁还原功能群落进行富集培养,构建室内厌氧微宇宙体系,将富集菌群分别加入到实验室条件下合成的不同浓度腐殖酸(0、1.5、7、14 mg C/L)-含砷水铁矿体系中,通过体系中砷、铁形态及浓度的变化分析,结合高通量测序技术、X-射线衍射(X-ray diffractometer, XRD),探究不同条件下砷的释放固定和群落的演替。【结果】高砷地下水组(G组)和沉积物组(S组)富集得到的铁还原功能群落具有明显差异,G组中以Aeromonadaceae为特殊优势菌群,而S组中以Shewanellaceae为特殊优势菌群。微宇宙实验结果显示,S组的铁还原量相对较高且速率较快;G组与S组中液相砷形态存在明显差异,整个培养期内G组均以As(Ⅴ)为主,而S组中前期以As(Ⅴ)为主,当反应到达20 d时液相As(Ⅲ)高达3.4μmol/L,推测此时具有砷还原功能的群落占优势地位。当反应...     

陕西太白尾矿区根瘤菌多样性及抗性菌株筛选

以研究陕西太白金矿尾矿区根瘤菌的资源多样性和重金属、苯酚抗逆性菌株的筛选为目的,选取分离自尾矿废弃地及太白河边的8种豆科植物的108株根瘤菌及42株参比菌株,进行了生长温度范围,唯一碳源、氮源利用,生长初始pH,耐盐性,重金属和苯酚的抗性等151项表型性状分析。结果表明,供试根瘤菌的表型特性存在明显差异,在85%的相似水平上供试菌株聚成5个类群,其中类群I有26株菌,主要分离自天蓝苜蓿(Medicago lu-pulina);类群Ⅱ有12株菌,其寄主各不同;类群Ⅲ有3株菌,寄主均为金翼黄芪(Astragalus chrysopterus);类群Ⅳ有40株菌,主要分离自金翼黄芪;类群Ⅴ有4株菌,寄主均为截叶铁扫帚(Lespedeza cuneata)。类群Ⅳ与已知种R.mongolense聚在一起,其这4个类群未与参比菌株聚在一起,可能是新的表观群,其分类地位需进一步确定。一些菌株表现了较强的抗重金属和苯酚毒性的能力,其中1株菌能耐受0.15 mmol/L的Hg2 ,4株菌能耐受0.4mmol/L的Cu2 ,3株菌能耐受1.6 mmol/L的Zn2 ,5株菌能耐受900 mg/L的苯酚。     

“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。