【摘 要】
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尾矿污染是全球备受关注的环境问题之一。尾矿因其产量大、污染风险高,会对环境造成了严重威胁。尾矿条件下的硫氧化过程会使尾矿中的重金属污染物活化和迁移,对周边环境造成危害。硫氧化微生物作为硫元素生物地球化学循环的重要参与者,其硫氧化代谢途径是尾矿中硫氧化的主要组成部分,因此,加强理解尾矿原位条件下微生物驱动的硫氧化过程尤为重要。然而,目前对尾矿中硫氧化微生物群落结构组成及其对原位环境的影响仍需进一步探
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尾矿污染是全球备受关注的环境问题之一。尾矿因其产量大、污染风险高,会对环境造成了严重威胁。尾矿条件下的硫氧化过程会使尾矿中的重金属污染物活化和迁移,对周边环境造成危害。硫氧化微生物作为硫元素生物地球化学循环的重要参与者,其硫氧化代谢途径是尾矿中硫氧化的主要组成部分,因此,加强理解尾矿原位条件下微生物驱动的硫氧化过程尤为重要。然而,目前对尾矿中硫氧化微生物群落结构组成及其对原位环境的影响仍需进一步探讨和解析。针对这一问题,本研究从两个角度出发,一方面利用硫氧化定向分离培养基对锡矿山尾矿中的环境微生物进行纯菌分离;另一方面利用稳定同位素探针技术对尾矿中的硫氧化微生物进行鉴定分析。此外,采用高通量测序和生物统计学分析等手段对尾矿中的硫氧化微生物进行种类鉴定、系统发育分析及代谢能力分析,并探究了这些微生物对尾矿原位环境产生的影响。主要结论如下:（1）对锡矿山尾矿土壤中微生物进行定向分离和纯化,并对纯菌的16S r RNA基因和sox B基因进行检测发现,两株纯菌具有sox B基因,分别命名为Methyloversatilis sp.LJY-1和Limnobacter sp.LJY-2。基于硫氧化验证研究,加入Methyloversatilis sp.LJY-1的实验体系中硫酸根浓度由第0天的254.78±13.63 mg/L上升到了第22天的1154.07±81.83 mg/L,Methyloversatilis sp.LJY-1被首次发现是具有硫氧化功能的Methyloversatilis属类。同时,对分离纯化得到的两株具有硫氧化功能的纯菌进行原位环境模拟实验,结果发现接种了Methyloversatilis sp.LJY-1的实验组氢离子浓度显著上升,在淹水和湿润两种状态下氢离子浓度升高倍数分别为6.10±0.35倍和3.18±0.21倍,这证实了Methyloversatilis sp.LJY-1驱动的硫氧化过程,特别在淹水条件下会显著加剧尾矿的酸化进程。（2）利用稳定同位素探针技术,向微宇宙中加入砷与锑的硫化矿物和标记底物,构建不同的SIP微宇宙实验组。通过检测微宇宙中硫酸根、形态砷和形态锑浓度发现,加入硫化矿物的微宇宙中硫酸根浓度显著上升。与此同时,五价砷和五价锑浓度也明显上升,这说明加入了硫化矿物的微宇宙中微生物的硫氧化作用成为了重要代谢活动,且其中可能存在砷氧化和锑氧化过程。（3）在不同的时间点对微宇宙中的微生物进行DNA提取,经超高速离心和组分回收分离后,对各组分进行16S r RNA基因定量分析,结果发现13C标记处理组的16S r RNA基因在重层的相对丰度远高于轻层,这表明微宇宙中具有硫氧化能力的微生物逐渐成为优势微生物。选取13C标记的处理组DNA的重层组分和轻层组分,以及12C标记处理组DNA的轻层组分进行高通量测序。结果发现,Thiobacillus菌属在重层的相对丰度明显高于轻层,表明Thiobacillus菌属是驱动硫氧化过程的关键微生物。（4）宏基因组测序和系统发育分析结果表明,Thiobacillus菌属在三种加入硫化矿物的微宇宙中相对丰度都很高,达到了60%以上,说明Thiobacillus菌属可能是硫氧化环境中的主要微生物。对拼装基因组的代谢能力进行分析可知,Thiobacillus菌属含有aio AB、SOX complex、Reverse dsr等基因,表明Thiobacillus可能具有硫氧化和砷氧化的潜力。（5）鉴于已有报道Thiobacillus是尾矿中常见的优势微生物,本研究进一步对Thiobacillus基因组进行泛基因组分析,探究是否Thiobacillus菌属中的所有菌种都具有相关代谢能力。结果表明,Thiobacillus菌属中的所有菌种都具有硫氧化能力,但不是所有菌种都具有砷、锑氧化能力。
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