發(fā)布時(shí)間：2020-06-13 23:08

【摘要】：微生物通過(guò)代謝砷參與物質(zhì)和能量的循環(huán),在生物和非生物化學(xué)循環(huán)起到重要作用。蜈蚣草(Pteris vittata L.)是高富集砷的蕨類植物,已成功用于砷污染土壤的修復(fù),但砷富集過(guò)程中根際微生物與植物和砷污染程度的相互作用機(jī)理以及地表砷污染向地下轉(zhuǎn)移后對(duì)不同深度土壤微生物群落和功能基因的影響還知之甚少。而這些因素最終可能影響植物修復(fù)效率和砷向地下水轉(zhuǎn)移。土壤樣品采集于蜈蚣草修復(fù)了6年的砷植物修復(fù)基地和附近非修復(fù)砷污染區(qū)(25°48'N, 113°02'E)。對(duì)不同砷污染水平的蜈蚣草根際或非根際,從地表到地下4米共五個(gè)深度的砷污染土樣,利用Biolog系統(tǒng)和功能基因芯片(GeoChip 3.0)技術(shù),闡明微生物群落的代謝潛力,結(jié)構(gòu)和功能基因與根際,砷污染水平,土壤性質(zhì)和深度的關(guān)聯(lián)。以上為本研究2和3章的內(nèi)容。此外,細(xì)菌的抗鋅分子基礎(chǔ)雖有一些研究,但對(duì)于高抗性菌的鋅內(nèi)穩(wěn)態(tài)機(jī)理還有待闡明。本論文對(duì)高鋅抗性菌株Comamonas testosteroni S44的抗鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因功能和轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了研究(第4章)。本論文的主要結(jié)果如下： 1.砷污染蜈蚣草根際土樣中：非砷污染土樣具有最高的群落多樣性和唯一碳源利用能力,而砷污染降低了代謝的多樣性,但在相同砷污染水平的土壤中,根際微生物比非根際的具有更高的代謝多樣性。五個(gè)土壤樣品間只有較低比例的重疊基因(16.52%-45.75%)。和砷污染土樣相比,非砷污染樣品具有較高的基因多樣性和更多的特有基因(48.09%)。典型對(duì)應(yīng)分析(CCA)揭示砷污染是降低土壤中功能基因多樣性的主要因素；此外,磷和有機(jī)質(zhì)對(duì)微生物的群落結(jié)構(gòu)有重要影響。在根際和非根際樣品中,砷抗性,硫酸鹽還原,磷利用和反硝化相關(guān)基因結(jié)構(gòu)顯著不同,揭示了微生物功能基因和代謝活性與砷污染水平、根際間相互作用的關(guān)系。表明砷富集是蜈蚣草,根際微生物和砷污染水平相互作用的結(jié)果,根際微生物在蜈蚣草砷富集過(guò)程中起到重要作用。 2.在不同深度砷污染土樣中：微生物的代謝潛力和多樣性隨著樣品深度的增加而降低。表層群落結(jié)構(gòu)與深層土樣中的顯著不同(p0.05),而在1-、2-、3-和4-m土壤樣品間沒(méi)有顯著性差異。但是,砷抗性、碳和氮循環(huán)等基因的豐度和分布在不同深度土壤中顯著差異。土壤樣品中C：N與砷抗性基因、C循環(huán)和N固定基因(nifH)的分布和豐度顯著相關(guān)(p0.10),總碳源的含量與Rubisco (rbcL)基因的豐度顯著相關(guān)(p=0.071)。利用rbcL和nifH基因作為分子標(biāo)記,檢測(cè)到了微生物群落結(jié)構(gòu)和活性在不同土壤深度中的差異。P、NO3-和C：N的組合與整個(gè)群落結(jié)構(gòu)具有最大關(guān)聯(lián)(p=0.062,r=0.779)。以上結(jié)果表明在短期(10年)砷污染的土壤中,砷由地表的下滲對(duì)微生物群落/功能基因結(jié)構(gòu)造成了一定影響,但營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和空間隔離可能是維護(hù)微生物群落功能和控制砷轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵因素。 3.從銻尾礦土中分離到一株高鋅抗性菌株Comamonas testosteroni S44,具有多重金屬離子抗性,如Cd2+、Pb2+等。報(bào)告基因表達(dá)分析表明zntA的調(diào)控蛋白ZntR1對(duì)Zn2+、Cd2+和Pb2+均有應(yīng)答。對(duì)調(diào)控蛋白zntR1基因敲除后,突變株表現(xiàn)出較低的Zn2+、Cd2+和Pb2+抗性(對(duì)應(yīng)MICs:10 mM vs 6.0 mM,2 mM vs 1.5 mM和3.5mM vs 2.0 mM),但抗性沒(méi)有完全消失,預(yù)示其基因組中存在其它抗性基因或調(diào)控基因。全基因組序列分析發(fā)現(xiàn)9個(gè)推測(cè)為Zn2+、Cd2+和Pb2+外排的轉(zhuǎn)運(yùn)子(4個(gè)zntA和5個(gè)czcA基因)。定量PCR結(jié)果表明4個(gè)zntA類的基因全部受Zn2+誘導(dǎo)表達(dá),而czcA類的基因中,3個(gè)受Zn2+誘導(dǎo)表達(dá),2個(gè)下調(diào)表達(dá)�；蚪M中大量編碼(類)金屬抗性蛋白,移動(dòng)元件的基因和復(fù)雜的調(diào)控模式,可能是C. testosteroni S44適應(yīng)金屬污染環(huán)境而發(fā)生的基因復(fù)制和轉(zhuǎn)移。 本研究闡明了土壤性質(zhì)、砷污染水平、蜈蚣草根際的協(xié)同作用以及土壤深度異質(zhì)性對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)和功能基因的影響,并找出了影響微生物群落的關(guān)鍵環(huán)境因子。將對(duì)人為地改變條件來(lái)保護(hù)微生物多樣性,控制砷的轉(zhuǎn)移和促進(jìn)植物修復(fù)提供理論基礎(chǔ)。利用基因敲除,報(bào)告基因表達(dá),全基因組測(cè)序比對(duì)和定量PCR的方法,系統(tǒng)地分析了Comamonas屬細(xì)菌的高抗性的分子機(jī)理,具有重要理論價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：X172;S154.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 ;Arsenic uptake and transport of Pteris vittata L.as influenced by phosphate and inorganic arsenic species under sand culture[J];Journal of Environmental Sciences;2007年06期

2 佘瑋;揭雨成;邢虎成;黃明;康萬(wàn)利;魯雁偉;王棟;;湖南冷水江銻礦區(qū)苧麻對(duì)重金屬的吸收和富集特性[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2010年01期

，

本文編號(hào)：2711879