江苏沿海滩涂湿地砷还原菌的筛选及对砷的还原影响研究.pdfVIP

摘要

摘要

砷（As）是自然界中一种高毒性类金属元素，在人们对沿海滩涂湿地的开发和利用

影响下，广泛存在于沿海滩涂湿地环境中，其严重的污染与危害逐渐加剧，引起了人们

的关注。在受到潮汐作用的影响，沿海滩涂湿地存在着规律性的干湿交替特征，在好氧

与厌氧两个环境规律性的更替，这对湿地环境中的独特微生物群落的结构组成有着重要

As

影响。而砷在微生物的影响下会发生形态转化与迁移，研究清楚湿地微生物对氧化

还原的影响非常重要。本研究聚焦砷还原菌，通过驯化分离手段，筛选出沿海滩涂湿地

土壤中具有砷还原特性的单个微生物菌株，通过室内培养试验模拟实际环境中单个菌株

对砷还原及释放的影响，并结合全基因组测序结果，阐明了每株菌独特的砷代谢通路，

揭示了沿海滩涂湿地砷还原释放的机制，进一步探明了沿海滩涂湿地环境中的微生物在

砷的生物地球化学循环中发挥的作用。本课题研究结果如下：

1Lysinibacillussp.DT-1

（）本研究从江苏沿海滩涂湿地中筛选出好氧砷还原菌两株（

和Ralstoniasp.DT-2）和厌氧砷还原菌两株（Klebsiellasp.SY-1和Lactococcussp.SY-2）

共计四株菌，As(V)的最终还原率分别为96.4%、35.5%、36.3%和23.2%，其生长条件

35℃pH81%

都适宜在和以及盐度的偏碱性及高盐环境中生存。好氧砷还原菌相比厌

氧砷还原菌具有更高的砷还原性；厌氧砷还原菌比好氧砷还原菌表现出更高的砷耐受性。

首次发现Ralstoniasp.DT-2具有砷还原功能，并且发现砷的加入会促进该菌的生长。四

株菌在应对外界砷胁迫时存在不同的应对策略，并且只有Lactococcussp.SY-2表现出优

秀的砷亲和力。

（2）好氧室内培养试验结果表明，Lysinibacillussp.DT-1对水体中总砷的释放没有

明显作用，而Ralstoniasp.DT-2由于具有较强的铁还原作用，还原了铁的同时释放了固

相中与铁结合的砷，促进了水体中总砷的释放。两株菌都对As(V)有还原作用，Ralstonia

sp.DT-2对As(V)的还原高于Lysinibacillussp.DT-1。两株好氧砷还原菌通过砷还原基因

ArsCLysinibacillussp.DT-1pstAs(V)ArsC

还原砷。通过蛋白泵入后经过蛋白还原成

As(III)，然后As(III)被ArsB/Acr3蛋白泵出体外。Ralstoniasp.DT-2通过pst/pit蛋白泵

入As(V)后经过ArsC蛋白还原成As(III)。

3Klebsiellasp.SY-1Lactococcussp.SY-2

（）厌氧室内培养试验结果表明，和都对

As(V)有还原作用，并且Lactococcussp.SY-2相比Klebsiellasp.SY-1拥有更强的铁还原

和释放能力。Klebsiellasp.SY-1和Lactococcussp.SY-2也是通过ArsC基因还原砷。结

合砷还原动力学与全基因组测序结果，发现菌中DNA上含有的ArsC基因的数量会影响

As(V)还原最大反应速率Vmax，并且具有ArsR响应的ars基因簇具有更高的砷还原率。

Klebsiellasp.SY-1通过pst/pit蛋白泵入As(V)后经过ArsC蛋白还原成As(III)，然后被

ArsA/ArsBLactococcussp.SY-2PstB3As(