论文部分内容阅读
普遍存在的重金属污染问题严重影响着我国人民的生产生活,作为生态系统的重要组成部分,细菌在重金属循环过程中发挥着巨大作用。随着工农业的发展,黄河兰州段的土壤受到不同程度的重金属污染。然而,长期的重金属污染对该地区土壤中细菌群落的影响尚不明确。此外,黄河兰州段重金属污染地区的细菌群落应答重金属胁迫压力的机制也有待探究。本文以黄河兰州段土壤细菌群落作为研究对象,利用16S rRNA基因的MiSeq测序,GeoChip技术,宏基因组与宏转录组测序技术,蛋白表达,酶活测定等方法研究细菌群落与所处环境之间的关系,铬(VI)还原过程中细菌群落组成结构以及功能的变化,细菌群落应对短期铬(VI)刺激的生理活动以及铬还原蛋白酶的还原机制。主要结果及结论如下:(1)在对兰州黄河段6个不同污染程度的样点细菌群落的研究中发现,Xigu(XG)区为污染最严重的地区,不同污染程度下的细菌群落的组成结构具有显著性差异,与重金属浓度具有显著正相关的物种(如Geobacter,Rhodoferax,Thiobacillus等)可作为指示黄河兰州段重金属污染程度的指标。(2)在XG区土壤细菌进行铬(VI)还原过程中(每次添加2mM铬(VI)2mL),细菌群落的组成和功能结构发生相应的改变,与铬抗性或者还原相关的物种和基因在整个细菌群落中的丰度增加,稀有物种在铬还原过程中具有重要作用,铬(VI)刺激后Rhodoferax丰度的显著增加暗示着该菌株在铬(VI)的还原过程中起主导作用。(3)进一步对XG区土壤细菌进行短时效的铬(VI)刺激,并通过比较分析宏基因组与宏转录组测序数据,结果表明,相对于对照组,变形菌门中的种群在铬(VI)刺激下表达量增加,参与活性氧去除、铬抗性、铬还原性、以及与转录调控相关的基因表达量增加。同时,推测表达量最高的Desulfobacter菌应对铬(VI)胁迫的分子机制。(4)Pseudomonas brassicacearum LZ-4菌株在以萘为唯一碳源的条件下,其铬(VI)还原能力强于以葡萄糖为唯一碳源的条件。通过RNAi技术、蛋白表达以及酶活研究方法探究Pseudomonas brassicacearum LZ-4菌株中萘降解通路基因在萘降解和铬(VI)还原中的作用。结果表明,NahAa基因的表达增强了Pseudomonas brassicacearum LZ-4菌株铬(VI)还原能力且NahAa蛋白的铬(VI)还原能力是Yief蛋白的2倍。因此,上述现象的原因是由于NahAa基因在这两种碳源条件下的表达差异造成的。综上所述,本文首次报道黄河兰州段细菌群落的组成、结构及功能,通过宏测序技术发现未知的细菌资源,并针对铬污染提出相应的细菌修复方案,发现萘降解通路上的基因参与铬还原过程,为复合污染的治理提供依据。