【摘要】：酸性礦山廢水(acid mine drainage,AMD)是由硫化礦物長(zhǎng)期暴露于地表氧化產(chǎn)生,具有強(qiáng)酸性,金屬含量高等特點(diǎn)。相對(duì)于酸水中的原核生物,真核生物的研究較為薄弱。光合藻類是很多酸性環(huán)境的初級(jí)生產(chǎn)者,可以作為硫酸鹽還原菌的碳源修復(fù)酸性礦山廢水。因此,它們?cè)谒嵝陨鷳B(tài)環(huán)境中發(fā)揮著不可或缺的作用。為了理解嗜酸藻類在極端酸性環(huán)境中的代謝功能及適應(yīng)機(jī)制,本論文以分離得到的一株嗜酸衣藻為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行了基因組學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析。具體研究結(jié)果如下:(1)從安徽某鐵礦酸性礦山廢水中分離純化出了一株光合藻類,經(jīng)18S rRNA基因測(cè)序和系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析,確定其為嗜酸衣藻,命名為Chlamydomonas sp.1710。該衣藻最適生長(zhǎng)pH為3.0,最適生長(zhǎng)溫度在10~20℃之間,最適光強(qiáng)為180μE m~(-2) s~(-1)。(2)Chlamydomonas sp.1710以信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)為主的通路中,通過(guò)合成熱休克蛋白(HSP)來(lái)抵御重金屬。藻類通過(guò)生成谷胱甘肽(GSH)來(lái)促進(jìn)植物螯合肽(PCs)合成,抵抗高濃度金屬毒性。該藻基因組中有豐富的脂肪酸去飽和酶(ADS3)、Aldo/keto還原酶家族蛋白(AKR4C9)和陽(yáng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶(HMA4)、DNA修復(fù)蛋白(UVH1)的編碼基因,這些基因的的高效表達(dá)可以幫助嗜酸衣藻適應(yīng)極端環(huán)境。(3)Chlamydomonas sp.1710對(duì)金屬有很強(qiáng)的耐受性,在含有500 mg/L Al~(3+)的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)速度高于空白組。轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析表明,該藻可以在500 mg/L Al~(3+)中高效表達(dá)3-磷酸甘油醛脫氫酶(GAPB)和Aldo/keto還原酶家族蛋白(AKR4C9),用以消除Al~(3+)對(duì)細(xì)胞的危害。(4)在500 mg/L Al~(3+)的培養(yǎng)條件下,V型質(zhì)子ATP酶(VHA)的表達(dá)比空白組高,陽(yáng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶(HMA4)、ATP酶偶聯(lián)離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(PAA1)以及活性離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(AHA2)只在500 mg/L組中出現(xiàn),這些酶都可以結(jié)合重金屬離子。由于Al~(3+)的增加,這些耐金屬基因被表達(dá)。(5)在氧化磷酸化通路的復(fù)合體Ⅴ中,500 mg/L組檢測(cè)到可與金屬結(jié)合的蛋白的種類多于對(duì)照組,其中F型H~+ATP轉(zhuǎn)運(yùn)酶α亞基和γ亞基(ATP5A;ATP5C1),V型H~+ATP轉(zhuǎn)運(yùn)酶亞基B(ATP6B)均可對(duì)重金屬脅迫做出響應(yīng)。光合作用中,可產(chǎn)生ATP的F型H~+-ATP合成酶a亞基和c亞基(ATPF0A;ATPF0C)僅在500 mg/L表達(dá)。另外在乙醛酸和二羧酸代謝中,可應(yīng)對(duì)重金屬脅迫谷氨酰胺合成酶(GLN1-3)僅在500 mg/L樣品中被表達(dá)。
【圖文】：

礦區(qū)酸性礦山廢水庫(kù)中真核衣藻應(yīng)對(duì)極端環(huán)境時(shí)所表達(dá)的功能基因以及代謝通路展開(kāi)研究。PT水庫(kù)是一個(gè)封閉的酸水廢水庫(kù)（圖2-1），形成于20世紀(jì)70年代。其成因是由于在礦山開(kāi)采過(guò)程中，由于采礦的剝離物堆放在采場(chǎng)附近的排土場(chǎng)內(nèi)，經(jīng)過(guò)一系列微生物催化以及化學(xué)反應(yīng)，逐漸形成含有極高濃度硫酸的酸水庫(kù)。其東西寬約300 m，南北長(zhǎng)約700 m，，酸水庫(kù)深為15 m，水域面積為1×105m2，庫(kù)容量約為3×106m3

現(xiàn)場(chǎng)采樣
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X751

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本文編號(hào)：2666804