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环境中的无机汞(Hg)可以在生物和非生物作用下转化为毒性更强的甲基汞(MeHg),且该过程主要是由微生物介导的。过去的研究表明,环境中的甲基汞主要由厌氧微生物产生的。但是对于三峡库区消落带而言,周期性蓄水和放水使其水位变动幅度大,并导致消落带土壤的理化性质(如氧浓度)发生改变,有利于汞的活化,且周期性水位涨落使其每年都具有新建水库的特征。研究发现,消落带土壤甲基汞含量在落干初期逐渐降低,但随着落干时间的延长,土壤甲基汞又呈现出一种增加的趋势。对于落干后期的消落带土壤而言,由于其长时间暴露在空气中,并不是一个严格的厌氧环境。在课题组前期的研究中发现,三峡库区消落带落干时期1020cm土层土壤中可培养微生物与甲基汞含量呈显著或极显著正相关关系,推测存在某些对汞甲基化起主导作用的好氧微生物,并筛选鉴定出1株兼具好、厌氧汞甲基化能力的菌株。前期对厌氧菌的大量研究发现,氧气含量是影响其汞甲基化过程一个重要的因素。三峡水库消落带在淹水期,土壤中氧浓度非常低甚至达到厌氧状态,而在落干期土壤中的氧浓度逐渐提高。三峡库区淹水-落干交替过程导致厌氧和有氧环境的周期性变化,在这个变化过程中,消落带土壤甲基汞也一直存在变化,因此,推测存在对氧气变化有良好适应的汞甲基化细菌。基于此,本研究采用含汞培养基,从三峡库区石宝寨消落带土壤中分离、纯化得到1株具有好氧汞甲基化能力的细菌,对其进行形态、生理生化特征及16S rRNA基因序列分析鉴定;随后,设置不同初始Hg2+浓度、pH、温度、盐度、厌氧和有氧的培养条件,对分离菌株的生物学特性进行探究;最后,通过设置不同氧气浓度,比较分离菌株和实验室前期分离得到的兼性好氧菌克雷伯氏菌(klebsiella.sp.TGRB5)在不同氧气浓度下的生长情况和汞甲基化能力,并采用动力学模拟无机汞转化率,分别比较菌株的甲基化速度和去甲基化速度,验证氧气在甲基化和去甲基化过程中的作用,并推测菌株的生物汞甲基化途径,为进一步探究菌株的汞甲基化机理提供数据依据。主要结果如下:(1)通过含汞培养基的筛选、平板划线的纯化及汞甲基化能力的测定,得到1株在有氧条件下能使无机汞(Hg2+)转化为甲基汞的菌株。在初始Hg2+浓度为300ng/L的条件下,菌株产生的最大甲基汞量([MeHg])max为3.41±1.90ng/L,甲基汞转化率为1.14%。生理生化特征结果表明,该菌株属于革兰氏阴性菌,接触酶、淀粉水解及吲哚等试验均为阳性,M.R、V.P、丙二酸钠、柠檬酸盐利用、明胶和氧化酶等试验为阴性,并且在培养15h后产气。结合16S rRNA基因序列分析,该菌鉴定为土生拉乌尔菌,并命名为RaouLtella terrigena TGRB3(GenBank登录号为MK102091)。(2)该菌株生物学特性研究表明,当培养基中Hg2+浓度为1000μg/L时,菌株生长明显受到抑制;在pH=49各处理中,菌株进入稳定生长期后均产生CO2,孵育27h后,pH值均稳定在3.65±1.57左右,具较强酸碱适应能力;该菌属于中高温型菌,最适生长温度为25℃;菌株在0.2%4%盐度范围能正常生长;在有氧和厌氧条件下均能正常生长,为兼性好氧菌。(3)在初始Hg2+浓度为300ng/L的KB培养基中,通过设置0、7%、14%和21%氧气浓度培养体系,探索TGRB3和TGRB5两株菌在好氧/兼性好氧条件下的生长情况及汞甲基化能力。结果表明,两菌株的生长不受氧气浓度的制约,菌株TGRB5较菌株TGRB3的生长慢,且菌株TGRB3的生长速度随氧气浓度升高而加快。两菌株在不同氧气浓度条件下的汞甲基化汞能力具有差异,菌株TGRB3在厌氧或低氧浓度条件下具更强且更稳定的汞甲基化能力;而菌株TGRB5在好氧条件下则具有更强的汞甲基化能力。通过汞甲基化动力学模型分析,表明菌株TGRB3和TGRB5的汞甲基化都属于典型的两段式反应过程:首先是无机汞的生物甲基化过程,其后是甲基汞的去甲基化过程。其中,汞生物甲基化能力存在显著的个体差异,而甲基汞的去甲基化趋势一致,去甲基化速度随着氧气浓度的增加而加快。我们推测这是菌株体内维持无机汞-甲基汞浓度动态平衡的汞耐受机理,以维持细菌的生存。