汞耐受菌株的筛选、鉴定及其汞转化机理研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:upskycx
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汞作为毒性较大的重金属之一,其污染具有不可生物降解性、隐蔽性、长期性以及在食物链中的积累和生物放大作用,会对环境产生不可逆的影响,对生物体造成严重的危害。微生物可以将环境中的有机汞和无机汞降解、转化为可挥发的零价汞,虽然不能将汞污染彻底消除,但可以有效降低其毒性及其对环境的不良影响。微生物修复法因其较低的成本,便捷的操作和不产生二次污染等优点在环境污染修复工作中被广泛应用,是目前解决环境污染问题最有效的途径之一。因此,筛选对环境中汞污染具有降解转化作用的土著微生物并将其应用于汞污染的修复具有及其重要的理论价值和应用前景。本研究采集某化工厂排污口的汞污染水样,筛选分离出具有耐汞能力的细菌菌株,研究其对汞的耐受性和转化能力、最佳培养条件、耐汞机制及其对其它重金属的耐受能力,为汞污染水体的生物修复提供宝贵的菌种资源、理论依据及数据支持等。主要研究结果如下:1.通过选择培养基富集培养法筛选得到3株能够在含有120 mg/L HgCl2的固体培养基上生长的菌株,编号为H1、H8和H10;16S rRNA基因序列分析显示,H1菌株与恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)N-408菌株的基因序列相似度为99.65%,确定H1为恶臭假单胞菌;H8菌株与假单胞菌属(Pseudomonas)中编号为JCM 5482菌株序列相似度达到99.93%,确定其为假单胞菌属的一个菌株;而H10菌株与短波单胞菌属(Brevundimonas)中编号为H20069菌株的相似度达99.67%,因此判断H10属于短波单胞菌属的菌株;H1菌株24 h Hg2+转化率为93.53%,H8菌株为92.75%,这两个菌株的Hg2+转化能力均比文献报道的耐汞菌株高。2.液体培养基中,H1菌株的最大耐Hg2+浓度为90 mg/L,H8和H10菌株的最大耐汞浓度为60 mg/L,三个菌株的最佳生长条件都是pH 8,30℃;但H1和H8更能适应偏碱性的环境。3.定量PCR实验证实,三个菌株的基因组中都含有merA(编码汞离子还原酶的基因)基因,H1菌株中merA基因的拷贝数最多,为5.995×106/μL DNA,H8和H10菌株中merA的基因拷贝数远低于H1菌株,仅为102.57和10.61/μL DNA;荧光实时定量PCR(Q-PCR)实验结果表明,在10 mg/L的Hg2+诱导下,主要参与Hg2+转化过程的merA、merC、merR和merT基因较对照组(CK)中相关基因的表达量均有所上调,表明mer操纵子在三个菌株转化Hg2+的过程中都发挥了重要的作用;H1菌株mer操纵子启动最早(4 h前),8 h时转化过程基本结束,H8菌株mer操纵子启动最晚(8 h),转化过程至12 h以后,H10菌株4 h时启动,12 h时merC和merA基因出现二次表达现象,因而该菌株的转化过程也持续至12 h以后。4.在10 mg/L HgCl2存在的条件下,H1菌株对Pb2+的耐受性可达40 mg/L,对As5+和Cr6+的耐受性为20 mg/L,耐受Cd2+的最高浓度仅为10 mg/L,48 h对Pb2+、Cr6+、As5+和Cd2+最大耐受浓度的转化率分别为49.6%、45.4%、50.4%和59.8%;H8菌株可以耐受20 mg/L Cr6+,对Cd2+、As5+和Pb2+的耐受浓度均为10mg/L,48 h对Pb2+、Cr6+、As5+和Cd2+最大耐受浓度的转化率分别为70.9%、75.4%、48.3%和46.1%;H10菌株对As5+、Cr6+、Cd2+、和Pb2+的耐受能力基本一致,最大可耐受浓度均为10 mg/L,48 h对Pb2+、Cr6+、As5+和Cd2+最大耐受浓度的转化率分别为71.9%、79.9%、50.7%和72.2%。结果表明,三个菌株可应用于含有Hg2+、Cr6+、Cd2+、As5+、Pb2+的废水中,其中H1耐受其它重金属的能力最好,H10菌株对其它重金属的转化率最高。
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