【摘要】：礦山污染是國(guó)家工業(yè)化發(fā)展過(guò)程難以避免的環(huán)境問(wèn)題,這其中,酸性礦山廢水(Acid mine drainage,AMD)的污染最為嚴(yán)重持久,往往對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)與農(nóng)業(yè)安全造成極大威脅。因此,理解AMD特殊地質(zhì)條件下形成羥基硫酸鹽高鐵次生礦物,譬如施氏礦物(schwertmannite)的生物還原現(xiàn)象,對(duì)于探究礦區(qū)鐵硫元素循環(huán)有著重要意義。本文主要研究了原生的硫酸鹽還原富集群落如何在直接和間接,兩種不同的胞外電子傳遞模式下,耦合施氏礦物的溶解轉(zhuǎn)化過(guò)程,并分析群落的結(jié)構(gòu)變化與功能演替。研究發(fā)現(xiàn),在直接的電子傳遞模式中,微生物可以不受限制地接觸礦物,礦物發(fā)生了更多還原性溶解。并且在添加了外源電子穿梭體AQDS后會(huì)加速還原性溶解過(guò)程。間接組中則觀測(cè)到了更多的非還原性溶解。在通過(guò)透析袋隔離開微生物和礦物的間接組中,雖然施氏礦物最終主要轉(zhuǎn)化產(chǎn)物與直接組相同,均為菱鐵礦,但在50天培養(yǎng)周期內(nèi)測(cè)得的硫酸鹽還原量則低于直接組。所有組別中都檢測(cè)到了硫化物被再次氧化生成的單質(zhì)硫,并伴隨著磁鐵礦,赤鐵礦等次要產(chǎn)物的產(chǎn)生。16s rRNA高通量測(cè)序結(jié)果證明不同電子傳遞模式下群落結(jié)構(gòu)分別由不同的功能菌主導(dǎo)。最初富集的原生硫酸鹽還原菌群SRBE在屬水平上由Citrobacter屬主導(dǎo)。直接組中與施氏礦物共培養(yǎng)20天后,Desulfovibrio取代Citrobacter成為群落中的優(yōu)勢(shì)菌,同時(shí)間段在間接組則主要由Enterobacteriaceae科中的未知屬構(gòu)成一個(gè)單一優(yōu)勢(shì)群落(相對(duì)豐度超過(guò)90%),該單一優(yōu)勢(shì)群落說(shuō)明前期Enterobacteriaceae科微生物具備產(chǎn)生內(nèi)源氧化還原有機(jī)質(zhì)去間接還原施氏礦物,同時(shí)也發(fā)現(xiàn)外源的電子穿梭體AQDS的加入也不會(huì)顯著改變其群落結(jié)構(gòu)。PICRUSt預(yù)測(cè)結(jié)果表明微生物群落為了適應(yīng)不同電子傳遞模式發(fā)生了對(duì)應(yīng)的功能演替。直接組中的微生物更依賴于膜結(jié)構(gòu)蛋白的表達(dá),而在間接組中關(guān)于一些可溶性氧化還原活性物質(zhì)的通路則相對(duì)多度更高。同時(shí)紫外全掃結(jié)果也證實(shí)了這類活性物質(zhì)的存在。進(jìn)一步地,硫代謝通路中不同電子傳遞模式下有著差異的功能基因表達(dá)。間接組中異化硫酸鹽還原關(guān)鍵功能基因Dsr的缺失和在硫代謝中起到電子轉(zhuǎn)移載體的二甲基亞砜氧化還原酶的相對(duì)多度明顯升高可能作為間接電子傳遞模式的功能標(biāo)記。通過(guò)核算電子轉(zhuǎn)移總量后推測(cè),作為自然環(huán)境中常見的發(fā)酵型細(xì)菌,Enterobacteriaceae科微生物極有可能是以發(fā)酵型反應(yīng)及其副產(chǎn)物完成間接電子傳遞并還原轉(zhuǎn)化施氏礦物。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X172;X751
【圖文】：

圖 1-1 施氏礦物的假想內(nèi)部結(jié)構(gòu)[15]Fig.1-1 the putative structure of schwertmannite[15]可見，以施氏礦物為代表的次生礦物在礦區(qū)污染流域有著獨(dú)特且關(guān)鍵的

圖 1-2 硫酸鹽還原菌的鐵硫還原競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制Fig.1-2 The Fe-S metabolism within sulfate reducing bacteria硫酸鹽的生物還原過(guò)程并不像異化鐵還原一樣依賴于膜外的電子傳輸色素 C（Cytochrome C），但這并不代表硫酸鹽還原菌不具備細(xì)胞色素 C 蛋

圖 2-2 制備后施氏礦物的 SEM(a)，EDS(b)和 XRD(c)表征Fig.2-2 The synthesized schwertmanntie characterized by SEM-EDS and XR2.2.4 批試驗(yàn)分組設(shè)置模擬不同電子傳遞模式通過(guò)批實(shí)驗(yàn)探究該硫酸鹽還原菌群在不同電子傳遞模式下利用施氏礦物的差

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 黨志;盧桂寧;楊琛;易筱筠;郭楚玲;;金屬硫化物礦區(qū)環(huán)境污染的源頭控制與修復(fù)技術(shù)[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年10期

2 楊麗平;鄭小紅;曾國(guó)驅(qū);許玫英;孫國(guó)萍;;1株具硫酸鹽還原功能的檸檬酸桿菌的分離及其生理特性研究[J];環(huán)境科學(xué);2010年03期

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本文編號(hào)：2773892