【摘要】：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展,以硫化物/硫化氫為代表的硫污染日益嚴(yán)重。近些年,生物處理硫污染方法由于具有綠色、高效和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛關(guān)注。但是,其應(yīng)用目前存在兩個(gè)突出問題:硫氧化菌株資源匱乏和硫氧化代謝機(jī)制認(rèn)識(shí)不足。這不但無(wú)法滿足不同類型硫污染處理需求,而且限制了有目的的條件優(yōu)化和硫氧化菌的遺傳改良。因此,獲得更多高效的硫氧化菌并認(rèn)識(shí)其硫氧化特性和代謝機(jī)制顯得尤為重要。我們課題組前期研究表明:在海洋環(huán)境中廣泛分布的硫膨大桿菌(Thioclava)具有較好的硫氧化能力,但是,其分類鑒定和硫氧化機(jī)制仍不清晰。因此,本文在Thioclava屬細(xì)菌分類鑒定及其硫氧化途徑等方面開展了研究,這將為后續(xù)硫氧化菌株資源的挖掘和工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。本文通過(guò)串聯(lián)5個(gè)看家基因(順序:gyrB、rpoD、dnaK、trpB和recA)建立了適用于Thioclava分類研究的多位點(diǎn)序列分析(multilocus sequence analysis,MLSA)方法。16S rRNA基因劃分23株Thioclava菌為6個(gè)類群,但是其無(wú)法區(qū)分類群內(nèi)菌株。相反,MLSA劃分這些菌株為7個(gè)類群,其中3個(gè)為新類群,而且其能夠精確區(qū)分類群內(nèi)菌株。代表菌株基因組序列的數(shù)值DNA-DNA雜交(digital DNA-DNA hybridization,dDDH)和平均核苷酸相似性(average nucleotide identity,ANI)分析確認(rèn)了MLSA結(jié)果,并發(fā)現(xiàn)9個(gè)種,其中5個(gè)為潛在新種。dDDH-MLSA和dDDH-ANI相關(guān)性分析表明:97.3%的MLSA相似度和96.07%的ANI都對(duì)應(yīng)70%的dDDH種分類閾值,因此二者也可以作為種描述閾值。另外,rpoD基因可以作為Thioclava菌株快速分類的分子標(biāo)記。本文利用多相分類學(xué)方法對(duì)3個(gè)潛在新種進(jìn)行鑒定。3個(gè)新種代表的3個(gè)模式菌株革蘭氏染色呈陰性,細(xì)胞呈短桿狀,好氧,酶活特征相似,主要脂肪酸是Summed Feature 8,主要磷脂成分是磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺和糖脂,呼吸醌是Q10,DNA G+C含量范圍為63.8~64.1 mol%。3個(gè)模式菌株在菌落形態(tài)、細(xì)胞大小、鞭毛、酶活特征、脂肪酸含量等方面存在顯著差異。16S rRNA基因分析、MLSA、dDDH和ANI等基因型特征也支持3個(gè)新種的建立。3個(gè)新種分別命名為Thioclava sediminum(沉積物硫膨大桿菌)、Thioclava nitratireducens(硝酸鹽還原硫膨大桿菌)和Thioclava marina(海洋硫膨大桿菌),其對(duì)應(yīng)模式菌株分別為MCCC1A10143~T、MCCC 1A07302~T和MCCC 1A03502~T。本文選擇T.nitratireducens MCCC 1A07302~T作為代表進(jìn)行硫氧化機(jī)制研究。在獲得其基因組完成圖情況下,通過(guò)BLAST、序列特征分析和系統(tǒng)發(fā)育分析,初步確定了其硫氧化相關(guān)基因,使用實(shí)時(shí)定量PCR和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序方法對(duì)關(guān)鍵的硫氧化基因進(jìn)行了驗(yàn)證,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了該菌株完整的硫氧化模型:Sqr負(fù)責(zé)氧化硫化物,SqrR負(fù)調(diào)控sqr基因轉(zhuǎn)錄;Pdo2(AQS46486.1)負(fù)責(zé)氧化單質(zhì)硫生成亞硫酸鹽,Rho負(fù)責(zé)催化甘肽過(guò)硫化物和亞硫酸鹽反應(yīng)生成硫代硫酸鹽;堿性和中性條件下Sox多酶復(fù)合體負(fù)責(zé)氧化硫代硫酸鹽為硫酸鹽,酸性條件下Tsd負(fù)責(zé)氧化硫代硫酸鹽為連四硫酸鹽;Sox復(fù)合體或者新基因/酶負(fù)責(zé)亞硫酸鹽氧化。硫氧化特性研究表明:菌株MCCC 1A07302~T是一株高效的硫氧化菌,其BMG03_15715代表蛋白負(fù)責(zé)硫代硫酸鹽和亞硫酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)。菌株MCCC 1A07302~T存在多種碳、氮和硫代謝途徑以及完整電子傳遞途徑。另外,菌株MCCC 1A07302~T硫氧化作用與同化硫酸鹽還原、反硝化作用和電子傳遞關(guān)系密切。綜上,本文對(duì)海洋Thioclava屬菌株進(jìn)行了系統(tǒng)地研究,完善了其分類體系,確定了其硫氧化特性和代謝途徑,探索了其硫氧化過(guò)程和其它代謝途徑的關(guān)聯(lián)。因此,本文將為后續(xù)硫氧化調(diào)控機(jī)制的探索和硫氧化菌資源的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。
【圖文】：

硫氧化；2，硫酸鹽還原；3，同化硫酸鹽還原；4異化硫酸鹽還原） schematic diagram for sulfur cycle (1, sulfur oxidation; 2, sulte reduction; 4, mineralization of organic sulfur; 5, dissimilator細(xì)菌種類研究，是指將低價(jià)態(tài)具有還原性的硫化物或單質(zhì)硫氧化合物的類群總稱[50]。硫氧化菌種類多樣，分布能監(jiān)測(cè)和分離獲得硫氧化菌，而海洋環(huán)境中的熱年引起了更廣泛關(guān)注。如上所示，海洋存在大量硫酸鹽還原菌作為電子受體，通過(guò)硫酸鹽還原作（圖 1-1）。這些大量的還原性硫化合物不但為硫底物，而且也直接/間接促進(jìn)了硫氧化菌種類的多 1-2 和表 1-2 所示，本章節(jié)將重點(diǎn)介紹目前研究較

圖 1-2 硫氧化菌代表菌株 16S rRNA 基因序列系統(tǒng)發(fā)育樹[57]he phylogenetic tree of 16S rRNA gene sequences of the representative sbacteria[57]硫細(xì)菌（Purple nonsulfur bacteria，PNSB）主要包括 Alphaptobacteraceae、Bradyrhizobiaceae、Hyphomicrobiaceae、Rhodirillaceae 等科的菌株和 Betaproteobacteria 綱部分菌株[51]。/H2S 的能力有差異，，但總體而言，與 GSB 和 PSB 相比，P受性更低。因此，較低濃度的 H2S 即可抑制其生長(zhǎng)。Betaperiales 目 Comamonadaceae 科中的菌株 Rubrivivax gelatino硫氧化多酶復(fù)合體（sulfur oxidation enzyme system，Sox），酸鹽[52]。Alphaproteobacteria 綱中 PNSB 的硫氧化現(xiàn)象更加中的中間代謝物和終產(chǎn)物卻因菌而異。大多數(shù) PNSB 能夠鹽或者連四硫酸鹽，少數(shù)終產(chǎn)物是單質(zhì)硫。同時(shí)，與 GSB 和有氧的條件下（好氧或者微好氧）進(jìn)行硫氧化。因此，相
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X701;X172

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王建寧;董純明;賴其良;林龍山;邵宗澤;;北極表層海水中氯代十六烷降解菌的多樣性[J];微生物學(xué)報(bào);2012年08期

2 潘嘉川;曹宏斌;邵宗澤;盛宇星;張懿;;海洋硫酸鹽還原菌群處理煙氣脫硫廢水[J];環(huán)境科學(xué);2009年02期

本文編號(hào)：2662379