外源重金属铅胁迫下胶红酵母的抗性机制.pdf

目录

摘要1

第一章绪论5

1.1酵母类真菌概述5

1.2胶红酵母概述6

1.2.1产色素酵母生物资源的开发与应用6

1.2.2红酵母属物种概述7

1.2.3胶红酵母其毒理学研究进展8

1.3研究内容及技术路线9

1.3.1研究内容9

1.3.2技术路线10

第二章胶红酵母的培养和生理指标测定11

2.1引言11

2.2材料与方法11

2.2.1胶红酵母菌株11

2.2.2培养基12

2.2.3菌株培养及培养物的性质测定13

2.2.4酵母形态及其生化性质的测定14

2.3结果与讨论16

2.3.1菌落形态与微生物的生长16

2.3.2酵母细胞性质及类胡萝卜素的合成18

2.4小结21

第三章铅胁迫下胶红酵母的生理变化研究23

3.1引言23

3.2材料与方法24

3.2.1菌株及菌种培养24

3.2.2试验设计25

3.2.3胶红酵母的动态监测25

3.3结果与分析26

3.3.1培养液外观及微生物的生长26

3.3.2胶红酵母细胞的铅吸附30

3.3.3基于单细胞拉曼光谱的生化分析32

3.4讨论34

第四章铅胁迫下胶红酵母细胞的基因调控研究37

4.1引言37

4.2材料方法37

4.2.1胶红酵母细胞增殖活动的监测37

4.2.2RNA的分离提取和转录组学分析38

4.3结果与分析40

4.3.1外源铅胁迫对胶红酵母细胞增殖的影响40

4.3.2转录组学分析结果41

4.4讨论46

第五章结论与展望49

5.1结论49

5.2创新点50

5.3不足与展望50

参考文献51

致谢57

个人简历59

外源重金属铅胁迫下胶红酵母的抗性机制

摘要

重金属污染是当今土壤的主要障碍因子之一，而铅被认为是世界范围内的优先污

染物。环境微生物被广泛应用于重金属污染修复。其中，功能真菌的应用潜力巨大，

而微生物的重金属生物抗性则是功能菌株应用的前提条件。属于产色素酵母类群的胶

红酵母（Rhodotorulamucilaginosa）对外源重金属胁迫表现出了极高的抗性，尤其是

对铅的抗性浓度达2500mg/kg。

胶红酵母具有丰富的胞外多聚物和功能性囊泡，二者构建了微生物在重金属胁迫

下的双层保护机制。胶红酵母还具备合成类胡萝卜素物质的能力，进一步增强了其抵

抗胁迫的能力。前期研究证明，尽管铅暴露会通过干扰细胞膜系统过程与胞内代谢等

方式产生细胞毒性，胶红酵母可以通过胞外多聚物、胞内囊泡的功能性增强，以及胞

内代谢调整产生的能量补偿效应来协同提高自身的重金属抗性。本研究旨在结合微生

物细胞的生化和遗传机制进一步探究胶红酵母在外源铅胁迫下的生存策略，特别是聚

焦微生物的类胡萝卜素分泌和酵母生殖。

铅暴露条件下，胶红酵母胞内的类胡萝卜素合成提前至对数生长阶段，然后在稳

定期的初始阶段迅速达到最大值。我们通过拉曼-电镜一体化系统（RISE）对胶红酵母

-1-1-1

细胞进行测试，发现在1526cm，1163cm和1009cm处存在三个类胡萝卜素的特

征拉曼峰。这些结果证明类胡萝卜素（主要是β胡萝卜素）的确是酵母细胞的主要可

识别物质。因此，类胡萝卜素分泌是微生物抵御胁迫的主要反应机制。

在类胡萝卜素水平提升的同时，微生物也会通过细胞增殖来应对铅胁迫。我们发

现细胞出芽率在铅胁迫条件下提高了200%以上。在微生物生长的稳定期，铅积累的

驱动力可归因于这种提高的细胞出芽率。扫描电镜结合能谱仪（SEM-EDS）的分析结

果还进一步证实处于出芽状态的酵母细胞对铅表现出明显的异质性吸附，即子代细胞

具有比母细胞更低的铅含量。这形成了一种保护新生细胞免受铅胁迫的特殊机制，即

子代复兴。

类胡萝卜素产量的增加伴随着酵母细胞出芽率的上升，相较于非暴露条件上升了

16倍。这表明微生物的生化特征和生殖特征存在明显的耦合关系。在稳定期前，铅生

物吸附的增长主要依赖类胡萝卜素合成而导致的