鉻及其化合物廣泛應(yīng)用于電鍍、制革、紡織、防腐等工業(yè)生產(chǎn),隨后工業(yè)廢水廢渣的肆意排放造成了環(huán)境的嚴(yán)重污染。利用具有鉻抗性及還原性的微生物把高毒的鉻(Ⅵ)轉(zhuǎn)化為低毒的鉻(Ⅲ)為鉻解毒及生物降解提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的污染治理手段。然而目前高效的鉻(Ⅵ)還原菌很少,而且關(guān)于微生物鉻抗性及還原性相關(guān)基因功能的認(rèn)識(shí)也很有限。 我們從電鍍廢水中分離了兩株鉻(Ⅵ)高抗還原菌,Bacillus cereus SJ1和Lysinibacillus fusiformis ZC1,并對(duì)其進(jìn)行了鉻(Ⅵ)還原特性的研究。SJ1和ZC1菌的鉻(Ⅵ)最小抑制濃度(MIC)分別為30 mM和60mM。SJ1的鉻(Ⅵ)抗性為誘導(dǎo)性表達(dá),而ZC1菌的鉻(Ⅵ)抗性為組成型表達(dá)。1 mM的K2Cr04被B. cereus SJ1還原需57小時(shí),而被L. fusiformis ZC1還原只需12小時(shí)。 對(duì)SJ1全基因組分析發(fā)現(xiàn),B. cereus SJ1中含有一個(gè)鉻轉(zhuǎn)運(yùn)操縱子chrIA1,兩個(gè)鉻轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因chrA。除此之外,一個(gè)編碼偶氮還原酶(azoreductase)的基因azoR和四個(gè)編碼硝基還原酶(nitroreductase)的基因nitR也在其基因組中,這些基因都可能與鉻還原相關(guān)。通過RT-PCR發(fā)現(xiàn),相鄰的兩個(gè)基因chrIA1的表達(dá)都受到鉻(Ⅵ)的誘導(dǎo),而另外兩個(gè)chrA則為組成型表達(dá)。鉻還原相關(guān)基因無(wú)論是從基因水平還是從表型上都是組成型表達(dá)。chrIA1基因上游出現(xiàn)的編碼解離酶(resolvase)的基因,下游的砷抗性相關(guān)操縱子以及編碼Tn7類的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABBCCCD預(yù)示了B. cereusSJ1基因水平轉(zhuǎn)移的發(fā)生。這種基因水平轉(zhuǎn)移可能有利于菌體對(duì)鉻污染環(huán)境的適應(yīng)。本研究發(fā)現(xiàn)chrA1有一個(gè)受到鉻(Ⅵ)調(diào)控的蛋白基因chrI。通過與基因文庫(kù)中多種類似的且與鉻轉(zhuǎn)運(yùn)基因chrA形成一個(gè)操縱子的調(diào)控子Chrl進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn),兩種氨基酸,賴氨酸(K)和精氨酸(R),在所有比對(duì)的序列中高度保守。這兩種氨基酸生理學(xué)條件下帶正電荷,很有可能是帶負(fù)電荷的Cr042-基團(tuán)識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn)。雖然Chrl的功能沒有得到證實(shí),但Chrl是首次提出的與鉻(Ⅵ)還原調(diào)控相關(guān)的潛在調(diào)控子。 L. fusiformis ZC1是至今為止已經(jīng)報(bào)道的鉻(Ⅵ)還原效率最高的細(xì)菌。L.fusiformis ZC1的鉻(Ⅵ)還原效率受到乙酸鈉和NADH促進(jìn)。ZC1還具有多種重(類)金屬抗性。全基因組分析發(fā)現(xiàn),ZC1菌含有多種預(yù)定的鉻抗性基因、鉻還原基因和(類)金屬抗性基因。無(wú)論是從表型上還是從基因水平L. fusiformis ZC1的鉻抗性都是組成型表達(dá)。此外,可能與鉻還原相關(guān)的兩個(gè)基因nitR和yieF也為組成型表達(dá)。其高效的鉻還原效率很有可能歸因于大量NADH依賴性的鉻還原酶通過組成型表達(dá)的解毒作用,從而使得該菌能在如此惡劣的環(huán)境下代謝并存活。 本論文的研究結(jié)果在鉻(Ⅵ)抗性及還原性細(xì)菌資源的開發(fā)、細(xì)菌鉻(Ⅵ)原性特性、細(xì)菌鉻(Ⅵ)抗性調(diào)控和環(huán)境適應(yīng)性的分子基礎(chǔ)等方面都具有一定的理論價(jià)值和創(chuàng)新性。
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：X172
【部分圖文】：

圖1.1細(xì)菌細(xì)胞鉻轉(zhuǎn)運(yùn)，毒性及抗性機(jī)制示意圖(Raml‘rez一nl‘a(chǎn)zeta一，2005)(A)鉻酸根離子通過染色體編碼的硫酸鹽離子通道進(jìn)入細(xì)胞;(B)細(xì)胞外的鉻(vl)還原;(C)細(xì)胞內(nèi)的鉻(VD還原，隨之產(chǎn)生的氧化壓力可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)部蛋白及DNA的損傷;(功細(xì)胞本身的代謝產(chǎn)物以及一些解毒酶會(huì)降低細(xì)胞內(nèi)的氧化壓力，減少鉻(vl)離子對(duì)細(xì)胞的毒害作用;(E)質(zhì)粒編碼的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白能把鉻(Vl)泵出細(xì)胞質(zhì)外;(F)細(xì)胞本身的DNA修復(fù)系統(tǒng)能夠保護(hù)細(xì)胞免受鉻(VI)離子毒害作用。Fig1.1MeehanismsofehromatetransPort，toxieityandresistanceinbacterialeells(Raml‘rez一DI‘a(chǎn)zetal.，2008)(A)Chromateenterstotheeellusingchromosolne一eneodedsulfateuPtakePathway.(B)ExtraeellularreductionofCr(Vl)toCr(111).(C)IntraeellularCr(Vl)reduetioneangenerateoxidativestressandthedamageofProteinandDNA.(D)Detoxifyingenzyl二esareinvolvedinProteetionfromtheoxidativestress，whiehminimizethetoxieeffeetsofchromate.(E)Plasmid一eneodedtransPorterseffiux

從鉻(Vl)還原菌的鑒定;重金屬的抗性;鉻(Vl)抗性及還原性特性;全基因組分析;基因表達(dá)，影響鉻還原的不同因素以及它們之間的相關(guān)性等方面著手，對(duì)兩株菌進(jìn)行了較詳細(xì)的研究。研究的技術(shù)路線見圖1.2。鉻鉻(V1)抗性及還原菌的篩選選 菌菌株的鑒定定定鉻(V1)抗性及還原性性 性全基因組鳥槍測(cè)序及分析 析 析鉻還原影響因素素 基基因表達(dá)及共轉(zhuǎn)錄分析 析 析重金屬的抗性性 {{{{{田田田田家家家生生生抗未未 未抗經(jīng)經(jīng) 經(jīng)鉻 鉻鉻鉻鉻 鉻重 重重抗抗 抗不不不不 不落落落落仍仍仍理理理性經(jīng)經(jīng) 經(jīng)性過過 過抗 抗抗還還 還金 金金性性 性同同同同 同形形形形霎霎霎生生生及鉻鉻 鉻及鉻鉻 鉻J陜 陜陜?cè)?原屬 屬屬基基 基起起起碳 碳態(tài)態(tài)態(tài)態(tài)基基基化化化還誘誘 誘還誘誘 誘相 相相相相 相抗 抗抗因因 因始始始源 源學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)因因因鑒鑒鑒原導(dǎo)導(dǎo) 導(dǎo)原導(dǎo)導(dǎo) 導(dǎo)關(guān) 關(guān)關(guān)關(guān)關(guān) 關(guān)性 性性分分 分細(xì)細(xì)細(xì) 細(xì)鑒鑒鑒鑒比比比定定定性時(shí)時(shí) 時(shí)性時(shí)時(shí) 時(shí)基 基基基基 基鋇lJJJJJ析析 析胞胞胞 胞定定定定對(duì)對(duì)對(duì) 對(duì)對(duì) 對(duì) 對(duì) 對(duì) 對(duì)因 因因因因 因定 定定 定 定濃濃濃 濃表 表表 表表 表表 表 表 表 表表 表表表表 表 表表 表 表度度度 度達(dá) 達(dá)達(dá) 達(dá)達(dá) 達(dá)達(dá) 達(dá) 達(dá) 達(dá) 達(dá)達(dá) 達(dá)達(dá)達(dá)達(dá) 達(dá) 達(dá)達(dá) 達(dá) 達(dá) 達(dá)達(dá) 達(dá)相相關(guān)性分析析 圖1

確定與其最接近的種系群體。165:DNA序列分析顯示SJI與B“cillus。ereus03BBloZ(Ge祀ank:CP0ol4o7)具有一00%的同源性，因此SJI被命名為Baeilluscereu:SJI。菌株 B.cereusSJI的生長(zhǎng)曲線及對(duì)鉻(Vl)的還原能力見圖2.1。B.cereusSJI生長(zhǎng)速度較快，在LB培養(yǎng)液中5一7h達(dá)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。盡管在加入 1mM狡C心4的LB培養(yǎng)基中B.cereu、SJI在5一7h也能達(dá)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，但是其OD值明顯低于不加鉻(VI)時(shí)的OD值，說明狡CrO4對(duì)菌株 B.cereusSJI的生長(zhǎng)還是有一定的抑制作用，該抑制從一個(gè)側(cè)面說明了從Cro;對(duì)細(xì)胞具有毒害作用。 B.cereusSJI在57h內(nèi)能將lmMKZCrO4還原至O.O3mM，約還原了97%(圖2.1)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 杜良,王金生;鉻渣毒性對(duì)環(huán)境的影響與產(chǎn)出量分析[J];安全與環(huán)境學(xué)報(bào);2004年02期

2 付豐連;;物理化學(xué)法處理重金屬?gòu)U水的研究進(jìn)展[J];廣東化工;2010年04期

3 楊正亮,馮貴穎,呼世斌,鄭雪斌;水體重金屬污染研究現(xiàn)狀及治理技術(shù)[J];干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究;2005年01期

4 趙X;柴立元;王云燕;鄧榮;;水環(huán)境中鉻的存在形態(tài)及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2006年08期

5 孟凡生,王業(yè)耀,汪春香,陳洪波;鉻污染地下水的PRB修復(fù)試驗(yàn)[J];工業(yè)用水與廢水;2005年02期

6 廖亮;含鉻廢水治理技術(shù)的應(yīng)用[J];環(huán)境技術(shù);2002年01期

7 葉錦韶,尹華,彭輝;微生物抗重金屬毒性研究進(jìn)展[J];環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備;2002年04期

8 湯岳琴,林軍,王建華;生物吸附研究進(jìn)展[J];四川環(huán)境;2001年02期

9 徐衛(wèi)華;劉云國(guó);曾光明;李欣;彭慶慶;;硫酸鹽還原菌及其還原解毒Cr(Ⅵ)的研究進(jìn)展[J];微生物學(xué)通報(bào);2009年07期

10 歐劍虹,謝志雄,陳向東,倪麗娜,沈萍;水平基因轉(zhuǎn)移[J];遺傳;2003年05期

本文編號(hào)：2813932