【摘要】：硫氧化細菌在硫的地球化學(xué)循環(huán)中扮演著重要的角色,是自然界中硫的生物氧化的主導(dǎo)者,在制革、印染造紙、石油化工、化學(xué)品制造等工業(yè)廢水的生物治理中起著極其重要的作用。對含硫廢水處理系統(tǒng)中硫氧化細菌群落結(jié)構(gòu)的分析、高效污染物降解菌的篩選和硫氧化特性的研究有利于解析環(huán)境中硫氧化細菌的組成和豐度,優(yōu)化污水處理系統(tǒng)硫化物降解工藝。本論文針對基于PCR的微生物分子生態(tài)學(xué)技術(shù)應(yīng)用上的局限性,構(gòu)建了基于微生物活細胞檢測的環(huán)境微生物分子生態(tài)學(xué)研究方法;研究了印染廢水處理系統(tǒng)中細菌、古菌和硫氧化細菌的群落結(jié)構(gòu);通過好氧和厭氧富集,富集和篩選到了能氧化硫代硫酸鹽的硫氧化細菌;并對所篩得的高效硫氧化菌的生理生化和生物學(xué)特性進行了研究。 疊氮溴化丙錠(Propidium Monoazide, PMA)是一種對DNA具有高度親和力的光敏DNA染料,不能透過完整的細胞膜,只能選擇性地修飾細胞死亡后暴露出來的DNA分子,能有效抑制熱處理、異丙醇處理等致使細菌細胞膜破裂而導(dǎo)致的死細胞DNA的PCR擴增;PMA能有效抑制大片段DNA的PCR擴增,而對于小片段的DNA(例如㩳200 bp),PMA不能有效或完全抑制其PCR擴增;針對該問題構(gòu)建的PMA-巢式PCR-DGGE方法可以有效抑制環(huán)境樣品中死細胞DNA的PCR擴增,提高DGGE檢測的靈敏性,可實時有效地研究環(huán)境微生物群落結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化,在復(fù)雜樣品的研究中也有應(yīng)用價值。 細菌和古菌16S rRNA基因的克隆文庫表明印染廢水處理系統(tǒng)中細菌主要由Gammaproteobacteria (73 %), Anaerolineae (6 %), Bacilli (5 %), Deltaproteobacteria (7 %), Clostridia (4 %), Bacteroidetes (1 %)和Chlorobia (1 %)組成,古菌主要由Methanomicrobia (99 %)和Thermococci (1 %)組成,細菌比古菌的多樣性高;基于硫氧化菌功能酶基因dsr、sox和sqr的克隆文庫表明Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria和Chlorobi同源的硫氧化細菌是該廢水處理系統(tǒng)中主要硫氧化菌,由以下幾個種群構(gòu)成:Halothiobacillaceae (17 %), Hydrogenophilaceae (14 %), Rhodocyclaceae (13 %)和一些非培養(yǎng)細菌(10 %),Halothiobacillaceae, Rhodocyclaceae和Hydrogenophilaceae環(huán)境中占有的豐度、營養(yǎng)類型、生長特性等說明這些菌群是該廢水處理系統(tǒng)中硫化物降解的主要貢獻者;并且該印染廢水處理系統(tǒng)中硫氧化細菌群落結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定,并沒有隨著時間的變化發(fā)生顯著性改變。 DGGE分析表明,厭氧光照富集過程中主要細菌包括Acinetobacter, Paracoccus, Alcaligenes, Rhodopseudomonas, Clostridium和Enterobacteria,而Rhodopseudomonas在富集過程中豐度不斷增加,是厭氧氧化硫代硫酸鈉的主要種群;好氧富集過程中主要細菌包括Pseudomonas, Halothiobacillus, Ochrobactrum, Paracoccus, Thiobacillus和Alcaligenes,Thiobacillus和Halothiobacillus在富集過程中種群豐度較高,是好氧氧化硫代硫酸鈉的主要種群;從好氧富集物中篩得6株硫氧化細菌,分別與Pseudomonas, Halothiobacillus, Ochrobactrum, Paracoccus, Thiobacillus和Alcaligenes同源;從厭氧富集物中篩得4株硫氧化細菌,分別與Acinetobacter, Paracoccus, Rhodopseudomonas, Alcaligenes同源;硫代硫酸鈉氧化能力測試表明Thiobacillus和Halothiobacillus具有較高的硫氧化能力。 篩得的菌株JFA2的16S rRNA基因序列與Halothiobacillus的同源性較高,其中與Halothiobacillus neapolitanus的同源性達到99 %;菌株JFA2屬于革蘭氏陰性,直徑約0.8-1.0μm,長2.0-4.0μm的桿菌,最適生長pH為4.0-6.0,最適生長溫度為35℃-40℃,最適轉(zhuǎn)速為180 rpm,能在pH為3.0-9.0,溫度為15℃-50℃的環(huán)境中生長;Fe~(3+)能促進菌株JFA2的生長,NaCl濃度為0-0.05 mol/L時菌株JFA2生長較快,能耐受1 mol/L的NaCl;可固定CO_2作為碳源進行化能自養(yǎng)生長,也能以葡萄糖、蔗糖、乙酸鈉、淀粉和丁二酸鈉為碳源進行化能異養(yǎng)生長;好氧條件下能利用銨鹽、亞硝酸鹽和硝酸鹽,厭氧條件下能以亞硝酸鹽作為電子受體,硫代硫酸鈉為電子供體和能源進行生長;在低濃度硫代硫酸鹽的無機培養(yǎng)基中,硫代硫酸鹽直接氧化為硫酸鹽,而在高濃度硫代硫酸鹽的無機培養(yǎng)基中,硫代硫酸鹽氧化為硫酸鹽的過程中有單質(zhì)硫的積累;能以硫化物、單質(zhì)硫、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、硫氰酸鹽、SDS、連四硫酸鹽、對氨基苯磺酸和甲硫氨酸為唯一能源進行生長代謝;基因組中含有功能酶基因soxB、dsrA和sqr。
【圖文】：

在自然界中廣泛存在。自然界中硫循環(huán)如圖1-1 所示，包括幾個基本部分：（1）通過礦化作用將有機硫轉(zhuǎn)化為無機態(tài)的硫，如硫化物等（如圖中①）；（2）通過氧化作用將還原態(tài)的硫（如硫化物、單質(zhì)硫、硫代硫酸鹽等）轉(zhuǎn)化為硫酸鹽等化合物（如圖中②-⑦）；（3）通過還原作用將氧化態(tài)的硫（硫酸鹽、單質(zhì)硫等）轉(zhuǎn)化為硫化物（如圖中⑧和⑩）；（4）通過同化還原作用將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為有機硫（如圖中⑨）。圖 1-1 自然界中硫循環(huán)[264]Figure 1-1 Sulfur cycle in nature在自然界硫循環(huán)過程中，微生物扮演著重要的角色，硫的生物循環(huán)是硫循環(huán)中最為重要的環(huán)節(jié)。微生物參與的硫循環(huán)包括：（1）厭氧條件下，硫酸鹽還原細菌（Sulfate-reducing bacteria, SRB）將硫酸鹽還原為硫化物（如圖 1-1 中⑧）；（2）好氧或厭氧光照條件下，，硫氧化細菌（Sulfur-oxidizing bacteria, SOB）將硫化物、單質(zhì)硫和硫代硫酸鹽等氧化為硫酸鹽等（如圖 1-1 中②-④）；（3）硫酸鹽被微生物的同化作用轉(zhuǎn)化為有機硫（如圖 1-1 中⑨）。參與自然界中硫循環(huán)的微生物種類如圖 1-2 所示，包括了來自細菌和古菌的微生物。第12期 羅劍飛：硫氧化菌群落結(jié)構(gòu)分析及其特性研究 B027-8-7

圖 1-2 硫代謝微生物系統(tǒng)發(fā)育樹示意圖[202]Figure 1-2 Schematic phylogenetic tree based on different types of sulfur-metabolizingmicroorganisms.2 硫氧化微生物
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：X172;X703

【引證文獻】

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1 柯野;曾松榮;黃曉敏;鄭秋樺;;微生物學(xué)實驗綜合模塊的設(shè)計研究[J];韶關(guān)學(xué)院學(xué)報;2013年02期

本文編號：2658164