论文部分内容阅读
砷还原微生物能将As(Ⅴ)还原为移动性和毒性较强的As(Ⅲ),一方面会加重地下水砷污染,另一方面又可促进砷污染土壤中砷的去除,因而引起了科学家的关注。水稻是我国主要的粮食作物之一。微生物的砷还原作用对砷形态的改变可能会影响水稻对砷的吸收和转运。同时,水稻根系分泌物也会影响这些微生物的作用以及种群变化。
本文从砷污染土壤中分离筛选到砷抗性细菌,采用PCR及克隆测序方法检测其砷还原基因多样性以研究耐砷菌潜在的砷还原能力,同时对几种砷还原相关基因(异化砷还原基因arrA、细胞质砷还原基因arsC、As(Ⅲ)载体蛋白基因arsB/ACR3)的分布以及进化规律进行探讨；随后以砷污染土壤栽培两个品种的水稻,采用荧光定量PCR对土壤中arrA、arsC两种砷还原基因的拷贝数进行检测,以此探讨水稻不同生长期根际与非根际土中砷还原基因拷贝数的差异,以及基因拷贝数与水稻吸收转运砷之间的相互影响。主要结果如下:
本文分离出了43株耐砷细菌,分属于四个门:放线菌门Actinobacteria、变形菌门Proteobacteria、厚壁菌门Firmicutes、拟杆菌门Bacteroidetes。其中革兰氏阳性菌占71.1％。在43株菌中有3株含arrA,13株含arsC(包括arsC1和arsC2),5株含arsB,7株含ACR3。基因系统进化树显示,arrA基因序列可能受到一定的地域差异的影响,同一地域内序列相似性极高(97％以上),不同地域则相似性较低(70％-80％)。1和13号细菌分属于不同的纲,但arsC基因序列却有极高的相似性(99.72％),51和64号细菌也有相同情况,表明arsC基因可能具有水平基因转移现象。砷还原典型菌株E.coli plasmid R773的arsC基因序列片段与本文耐砷菌的arsC1基因同在一个进化分支上,因此ArsC1可能更接近于R773的ArsC结构,即与谷氧还蛋白.谷胱甘肽还原酶相似,而与Staphylococcus aureus plasmid pI258同属一进化分支的ArsC2可能更接近于pI258的ArsC结构,即与硫氧还蛋白还原酶相似。在所分离的耐砷菌中,仅有的3株α变形菌均含有ACR3基因,而所有的arsB均发现于芽孢杆菌,表明α变形菌可能更倾向于拥有Acr3型As(Ⅲ)载体蛋白,而arsB则多出现在芽孢杆菌中。
本实验条件下水稻中砷浓度大小的分布为铁膜>地下部>地上部。水稻地上、地下部砷浓度以及根表铁膜中砷浓度等值与根表铁膜量显著正相关(r=0.707～0.925,P<0.05)。两种水稻在不同生长期根际与非根际土中arrA、arsC1、arsC2基因拷贝数分别为3.208×107～8.975×107g-1dry soil,1.191×106～3.677×106g-1 dry soil,3.236×106～1.220×107g-1dry soil。统计分析结果表明水稻品种对基因拷贝数的影响大于生长期对其的影响。根际、非根际土壤砷浓度以及根表铁膜上砷浓度与三种基因拷贝数均无显著相关(P>0.05、,表明环境砷浓度不是影响砷还原基因拷贝数的主要因素。根际土壤中arsC2基因拷贝数与水稻地上、地下部砷浓度以及根表铁膜量显著正相关(r=0.628～0.721,P<0.05)。根际土中arrA拷贝数与水稻地下部砷浓度显著负相关(r=0.592,P<0.05),与砷向地上部转移系数TF显著正相关(r=0.869,P<0.05)。而非根际土壤中arsC2和arrA基因拷贝数与水稻砷浓度、根表铁膜量、水稻砷转运系数TF等均不存在相关性,表明根际土壤中arrA、arsC2基因拷贝数与水稻体内砷浓度的大小以及水稻对砷的吸收转运间存在着一定的联系。