【摘要】：AMDY2-9-2由安徽銅陵酸性礦水樣品中分離純化得到。安徽銅陵廢礦區(qū)環(huán)境具有含鐵硫化礦物,重金屬含量高,pH低等特征,酸性礦區(qū)環(huán)境形成的原因一方面源自于含硫化物化學反應,另一方面可能源自于礦區(qū)微生物群落氧化硫產(chǎn)生的S042-等酸性硫化物。因此,為了研究硫氧化微生物在酸性環(huán)境形成中的作用,本實驗以AMDY2-9-2為研究對象,利用細菌全基因組技術,重點研究AMDY2-9-2的硫氧化能力。在通過De novo全基因組技術獲得AMDY2-9-2全部基因后,利用現(xiàn)有通用數(shù)據(jù)庫,對基因進行注釋,由此可獲得AMDY2-9-2硫氧化基因及其可能的硫氧化通路;此外,通過比較基因組的手段,將AMDY2-9-2基因與典型硫氧化菌株做共線性,基因家族等信息分析,獲得AMDY2-9-2硫氧化基因可能的定位,作用方式及進化等信息,為深入的實驗研究指明方向。根據(jù)AMDY2-9-2全基因組的結果,通過在其培養(yǎng)環(huán)境中添加不同濃度,不同粒徑的單質硫以研究其對單質硫的氧化情況,此外,通過改變AMDY2-9-2與單質硫的接觸方式以及培養(yǎng)環(huán)境中電子受體,研究其氧化單質硫的方式以及硫氧化功能蛋白的作用途徑。通過這一系列針對AMDY2-9-2硫氧化能力的研究,旨在發(fā)現(xiàn)其氧化硫的方式及關鍵環(huán)節(jié)。希望通過后期人為干預的方式減緩其硫氧化進程,以此達到緩解及治理礦區(qū)環(huán)境酸化現(xiàn)象。在經(jīng)GOG,GO及KEGG數(shù)據(jù)庫注釋及比較基因組的生物信息分析后,AMDY2-9-2基因數(shù)據(jù)顯示出了其獨立的硫氧化基因體系,但并未顯示出獨立的鐵還原基因體系;與鐵代謝有關的基因多以鐵硫簇的形式存在。這就表明,AMDY2-9-2的鐵還原功能與硫代謝功能可能是偶聯(lián)的。此外,AMDY2-9-2中編碼鐵硫代謝過程的基因同時也編碼其他生理過程,如氨基酸代謝,碳循環(huán)等,因此,在菌株存在的環(huán)境中所發(fā)現(xiàn)的如SO42-,Fe2+等指征硫氧化及鐵還原的標記物,并不完全意味著AMDY2-9-2即具有硫氧化-還原鐵偶聯(lián)能力,因這些物質亦有可能是其他生理過程的中間產(chǎn)物。因此,只有結合了基因水平的實驗結果與理化實驗結果,才可最終確認AMDY2-9-2的鐵硫代謝功能。在生理生化實驗部分,我們以菌體生長量,pH,Eh,SO42-以及Fe2+濃度來表征和衡量單質硫的氧化程度及單質硫氧化-鐵還原的偶聯(lián)程度。研究結果顯示,當培養(yǎng)基中單質硫添加量小于等于6g/L時,AMDY2-9-2對單質硫的氧化能力與單質硫添加量呈正相關;當添加同樣濃度的單質硫時,所添加的單質硫粒徑越小,AMDY2-9-2對單質硫的氧化程度越高。研究AMDY2-9-2氧化單質硫的作用方式的實驗結果表明,AMDY2-9-2氧化單質硫時,AMDY2-9-2必須與單質硫有直接或間接的接觸,并且只有在菌體完整且具有生物活性的條件下才能參與單質硫的氧化過程;此外,在硫氧化過程中,氧和Fe3+這兩種電子受體可同作為電子受體而參與到單質硫的氧化過程,但相比于Fe3+,氧是AMDY2-9-2氧化單質硫的更高效電子受體;該實驗結果說明,在缺乏氧受體的情況下,Fe3+是能夠作為代替的電子受體參與硫氧化過程,換言之,在乏氧情況下,AMDY2-9-2具有硫氧化-鐵還原偶聯(lián)功能。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q811.4
【圖文】：

程進入大氣，隨后大氣中的硫以降水、沉降及表面吸收等作用，再回到陸地與海逡逑洋，并最終隨著地表徑流進入河流，輸往海洋，沉積于海底，循環(huán)往復，完成能逡逑量交換［４＿５］。全球硫循環(huán)模式圖如圖１．１所示【６１。結合上述的結論，硫在海陸之間逡逑的循環(huán)不僅僅是個物理化學過程，同時還有賴于生物的作用。有文獻指出，具有逡逑硫代謝功能的生物可通過還原作用生成硫化氫，隨后，硫化氫可與環(huán)境中的鐵離逡逑子等金屬離子反應，并形成硫化物（大部分為ＦｅＳ２）。一部分暴露于氧氣中的硫化逡逑物可被重新氧化為硫酸鹽，而未被氧化的硫化物則通過沉積作用與有機質中有機逡逑硫化合物共同進入到地質儲庫對于一切生物而言，硫是多種氨基酸的組成逡逑部分，一些半必需／必需氨基酸，如甲硫氨酸，半胱氨酸，胱氨酸等，是構成生命逡逑體正常功能必不可少的物質；一些無機自養(yǎng)微生物可以硫為營養(yǎng)物質，通過對硫逡逑的氧化還原過程而獲能生存

自養(yǎng)型菌株為主，以及某些厭氧光合自養(yǎng)菌和古生菌；三為硫酸鹽類的還原過程逡逑【３１１，三種硫循環(huán)過程如圖１．２所示。圖中，藍色箭頭表示異化硫酸鹽還原作用，逡逑黑色箭頭表示異化作用，紫色箭頭表示脫硫過程，綠色箭頭表示同化硫酸鹽還原逡逑作用，紅色箭頭表示異化型硫氧化作用ｔ３２１。這三種硫循環(huán)過程，最終均會產(chǎn)生含逡逑Ｓ0４２？的終產(chǎn)物，造成礦區(qū)周邊環(huán)境酸化。逡逑圖１．２微生物參與硫循環(huán)圖（引自胡欣等，２０１８）逡逑以礦區(qū)豐度較大的嗜酸性硫氧化硫桿菌為例，它既可將環(huán)境中的還原態(tài)硫化逡逑物部分氧化，生成亞硫酸鹽和硫代硫酸鹽等中間產(chǎn)物，也＂了完全氧化硫化物而生逡逑成硫酸鹽，使周圍環(huán)境酸化［３３—３４］。無論是部分氧化還是完全氧化，它均可使硫化逡逑物從“還原態(tài)”轉變?yōu)椤把趸瘧B(tài)”

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本文編號：2804702