农田土壤中产挥发性有机硫化物细菌的筛选及特性研究

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挥发性有机硫化物(VOSCs)是自然界硫循环的重要组成部分。二甲基硫醚(DMS)、甲硫醇(MT)、羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)和二甲二硫(DMDS)是大气中重要的挥发性有机硫化物(VOSCs)。其中,DMS占全球总VOSCs排放量的75%以上。DMS具有高反应活性,能够与大气中自由基发生氧化反应生成 SO2、甲基磺酸(MSA)等,对酸雨的形成有重要贡献;其次,这些产物可形成云凝结核(CCN)和硫酸盐气溶胶,对地球辐射平衡和气候变化有着重要的影响。MT的在大气中的反应活性更高,极易被大气中的自由基氧化生成SO2和硫酸盐(SO2-4)等,同样对大气环境有着重要的影响。微生物降解含硫氨基酸(尤其是甲硫氨酸)是自然界中 DMS和 MT产生的重要来源之一。目前已经有较多关于海洋、湿地、土壤等生态系统中DMS/MT产生及排放的研究,有关农田土壤 DMS的研究主要集中在其排放量的观测和估算上,而有关其产生机制特别是微生物学机制的研究未见报道。  本文以 DMS和 MT为代表性挥发性有机硫化物,利用含甲硫氨酸为唯一碳源的改良基础盐培养基,从不同的农田土壤中筛选产 DMS和 MT的关键功能微生物,对筛选获得的关键功能微生物进行鉴定,并探究温度、pH、碳源和氮源添加等因素对菌株产 DMS/MT能力的影响,以期为进一步探究农田土壤产DMS/MT的微生物产生机理及对农田 DMS/MT的排放调控提供依据。本研究的主要结论如下:  (1)用改良基础盐培养基从6个不同地区的土壤样品中共筛选获得4株高效产DMS的菌株和5株高效产MT的菌株。4株高效产DMS细菌,分别命名为AQ1、BB1、BB3和BB2。经菌落形态、生理生化特征和16S rRNA系统发育分析,4株产DMS细菌经鉴定:AQ1为硝基还原假单胞菌(Pseudomonas nitroreducens)、BB1为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)、BB3为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)和BB2为附着剑菌(Ensifer adhaerens)。5株高效产MT的细菌,分别编号为WH-R1,WH-R2,WH-R3,SZLB-W3和CHZG-R4。经菌落形态、生理生化特征和16S rRNA系统发育分析,5株产MT的菌株经鉴定:WH-R1,WH-R2,WH-R3为芽孢杆菌芽孢杆菌(Bacillus sp.)、SZLB-W3为节细菌(Arthrobacter sp.)和CHZG-R4为代尔夫特菌(Delftia sp.)。  (2)培养条件影响试验表明,不同温度和初始pH对Ensifer adhaerensBB3菌株产DMS能力具有显著影响,该菌株产DMS适宜的温度范围为25℃~40℃,pH6.0~8.0.其中,温度35℃,初始pH7.0时,BB3菌株产DMS的能力最强。菌株Delftiasp. CHZG-R4是首次被报道产MT,且在筛选获得的5株菌中其产MT的能力最强,其产 MT的最适条件为 pH=6.0,温度为30℃。在这个条件下,菌株在培养液中培养48个小时后,有51.3%的S被转化成MT。  (3)碳源添加影响试验表明,淀粉添加能显著提高Ensifer adhaerensBB3菌株产DMS的能力,而蔗糖和葡萄糖添加显著抑制了Ensifer adhaerensBB3菌株产DMS的能力,半乳糖添加对Ensifer adhaerensBB3菌株产DMS的能力没有明显的影响。葡萄糖、淀粉、蔗糖和羧甲基纤维素钠等碳源的添加都显著地促进了菌株Delftia sp. CHZG-R4产MT的能力,其中蔗糖和淀粉对菌株产MT的影响程度更大。  (4)氮源添加影响试验表明,氯化铵和硝酸钾显著的提高了Ensifer adhaerens BB3菌株产 DMS的能力,而蛋白胨和酵母提取物对 BB3菌株产 DMS能力的影响不显著。尿素和硝酸钾的添加显著的促进了菌株 Delftia sp. CHZG-R4产MT的能力。硫酸铵和蛋白胨的添加却显著的抑制了菌株产 MT的能力,其中蛋白胨添加后只有极少量的MT生成。
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