【摘要】：全球淡水水域均存在不同程度的重金屬污染問(wèn)題,其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與重金屬形態(tài)有關(guān),而沉積物及水體中的微生物是影響其中重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要因素;本項(xiàng)目組前期研究發(fā)現(xiàn)滇池沉積物主要重金屬污染因子為砷、汞和鎘,具有較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),但關(guān)于滇池中的微生物群落結(jié)構(gòu)、相關(guān)功能基因及抗性微生物的選育等研究較少。本研究以滇池沉積物及水體為研究對(duì)象,利用細(xì)菌16s rDNA高通量測(cè)序方法研究滇池中微生物群落結(jié)構(gòu)、多樣性及優(yōu)勢(shì)種群,同時(shí)利用熒光定量PCR技術(shù)定量檢測(cè)滇池中汞還原酶基因(merA)、砷甲基化相關(guān)基因(arsM)、砷氧化酶基因(aoxB)、鎘轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相關(guān)基因(czcA、czcC)和汞甲基化相關(guān)基因(Delta-hgcA)的豐度,并通過(guò)富集培養(yǎng)篩選獲得多株同時(shí)對(duì)砷、汞和鎘具有較高耐受能力的菌株。在此基礎(chǔ)上結(jié)合課題組的前期研究成果,系統(tǒng)分析了微生物群落信息、功能基因與水環(huán)境因子間的相關(guān)性,得到以下結(jié)論:(1)沉積物中可檢測(cè)到的優(yōu)勢(shì)屬有LCP-6、Dechloromonas、Thiobacillus、Candidatus Methanoregula、Bacillus;水體中可檢測(cè)到的微生物屬有:Planktothrix、Bacillus、Microcystis、Synechococcus、Comamonas、Candidatus Xiphinematobacter、Paulinella、Polynucleobacter、Gemmatimonas、Dolichospermum。屬于反硝化除磷菌(SBR)的優(yōu)勢(shì)微生物屬Dechloromonas與樣品中的汞和鎘的濃度呈顯著正相關(guān)關(guān)系,Bacillus、Comamonas、Polynucleobacter和Dolichospermum的相對(duì)豐度與As和Hg濃度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,推測(cè)滇池中重金屬(As、Hg和Cd)的污染情況影響滇池部分優(yōu)勢(shì)屬的分布,部分優(yōu)勢(shì)屬通過(guò)砷氧化/甲基化、汞還原/甲基化和鎘轉(zhuǎn)運(yùn)的方式轉(zhuǎn)化環(huán)境中的重金屬。(2)水體中草海微生物多樣性低于外海,且呈現(xiàn)由北向南逐漸遞增的趨勢(shì)。樣品中微生物α-多樣性指數(shù)與樣品中As、Hg和Cd的含量呈顯著負(fù)相關(guān),即受三種重金屬污染程度高的樣品中微生物多樣性低,可能是由于環(huán)境因子對(duì)微生物的篩選作用,部分樣品中重金屬含量超過(guò)某些微生物耐受砷、汞和鎘含量的閾值,使其被淘汰,而對(duì)三種重金屬耐受能力強(qiáng)的微生物大量繁殖,使重金屬污染程度高的樣品微生物多樣性低。(3)南部三個(gè)樣點(diǎn)汞還原酶基因(merA)的拷貝數(shù)低于偏北部?jī)蓚�(gè)樣點(diǎn)的拷貝數(shù),與滇池受汞污染的情況一定程度上契合,因此可以判斷滇池中的微生物,特別是優(yōu)勢(shì)微生物存在耐受汞的巨大潛力,且部分微生物是通過(guò)含merA基因還原汞的途徑達(dá)到的目的。汞甲基化相關(guān)基因(Delta-hgcA)拷貝數(shù)與樣品中汞的含量呈顯著正相關(guān),相關(guān)微生物能在厭氧條件下催化甲基汞的合成,該基因在樣品中被檢測(cè)到具有很高的拷貝數(shù),可以推測(cè)滇池沉積物中優(yōu)勢(shì)微生物具有巨大的汞甲基化潛能,且大多與Deltaproteobacteria優(yōu)勢(shì)群相關(guān),很可能通過(guò)汞的甲基化作用對(duì)滇池的水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生更大風(fēng)險(xiǎn)和危害。砷氧化基因(aoxB)在樣品(特別是草海樣品)中具有很高的拷貝數(shù),且拷貝數(shù)與樣品中砷的含量呈顯著正相關(guān),即樣品環(huán)境中砷濃度越高,該基因的拷貝數(shù)越高。推測(cè)滇池存在能對(duì)砷有氧化作用的微生物,它們通過(guò)aoxB基因參與的代謝途徑達(dá)成解毒的目的,該途徑是滇池中微生物氧化砷解毒的重要途徑之一。(4)分離得到莖點(diǎn)霉屬(Phoma)、產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)和短小桿菌屬(Curtobacterium)三株同時(shí)對(duì)砷(80mg/L)、汞(20 mg/L)和鎘(40mg/L)具有抗性的克隆菌株。其中產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)同屬微生物Alcaligenes faecalis中,已有報(bào)道檢測(cè)到了砷氧化基因簇(aoxSRABCD)。綜上所述,滇池環(huán)境中存在著重金屬污染物與微生物間的相互作用,污染程度在一定程度上影響著微生物的群落組成及優(yōu)勢(shì)微生物的分布,而一些對(duì)重金屬轉(zhuǎn)化發(fā)生作用的微生物又對(duì)環(huán)境中的重金屬產(chǎn)生吸附、轉(zhuǎn)化等作用,這些作用或有益于生態(tài)系統(tǒng),或?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：X524;X172
【圖文】：

重金屬在環(huán)境中的轉(zhuǎn)移過(guò)程(Kobielskaetal.2018)

技術(shù)路線(xiàn)圖

樣點(diǎn)布設(shè)Fig2.1SampleSites

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2769172