论文摘要
铁还原菌是具有三价铁还原功能的一类微生物的总称。铁还原菌在重金属污染的生物修复、有机物污染的生物降解、微生物电池开发以及对全球物理化学循环方面都有应用价值。研究厌氧条件下碳源种类和数量对水稻土中铁还原菌群落多样性的变化,将为异化铁还原反应原理研究和铁还原菌在重金属污染修复方面的应用提供理论依据。随着微生物分子生态学技术的不断进步,发现环境中的有机物会显著影响铁还原菌的群落结构。本试验采用有机质耗竭的水稻土样品,添加人工合成的氧化铁和混合碳源进行厌氧恒温培养,并借助RFLP等技术手段研究厌氧富集培养对水稻土中铁还原菌种群多样性的影响,比较了不同培养时间铁还原菌种群结构的差异,并通过纯培养实验,对分离菌株的铁还原率进行了比较,探讨了不同培养阶段所分离铁还原微生物的铁还原能力。试验设置了0d、1d、7d、14d、21d、28d和50d等7个不同采样点,使用封口膜厌氧培养法分别获得菌株108、113、112、75、80、80和80个,厌氧干燥器培养法分别获得菌株87、72、15、75、80、80和80个；对1135个细菌16S rDNA基因进行扩增,7个处理总共获得682个克隆,RFLP分析中分别获得18、5、6、2、6、8和6个酶切类型,总共27种酶切类型,其中包括11种优势类型和14个单一克隆。试验获得以下结果：(1)水稻土富集培养0d、1d、7d、14d、21d、28d和50d分别得到的OTU数分别为18、5、6、2、6、8和6,库容分别为88.5%、100%、97.1%、98.2%、95.2%和96.2%,能够较好的代表水稻土中异化铁还原菌的群落多样性。(2)从多样性指数(H和D指数)和均匀度PIE指数上来看0d>28d>1d>50d>7d>21d>14d。0d由于种类组成丰富、群落结构复杂,其多样性指数是7个处理中最高的,而14 d是最低的,说明14 d的群落结构相对比较单一。物种丰富度指数(dMa和R2指数)结果为：0d>28d>50d=7d>1d>21d>14d。7d和28d丰富度指数分别高于前后的两个时期,说明7d和28d时铁还原菌对碳源的利用活性相对较高。将50d的多样性指数与0d对照发现多样性指数和丰富度指数均有降低,说明添加外源铁和混合碳源的厌氧富集培养过程使得优势类型比例增加,总类群数减少,水稻土铁还原菌的多样性、均匀度和丰富程度均有所降低。(3)比较厌氧培养不同时间铁还原菌的铁还原率发现使用厌氧干燥器培养7d时,铁还原能力强的细菌生长比例最高,生长活性最好。(4)添加混合碳源厌氧富集水稻土中铁还原菌群落的优势类型为芽孢杆菌、葡萄球菌和类芽孢杆菌。厌氧富集培养中铁还原能力较强的菌株主要分布于优势类型T1中,优势类型T1与葡萄球菌属葡萄球菌,芽孢杆菌属蜡样状芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌相似度较高。通过上述结果可以得出结论,添加人工合成的水合铁,以及葡萄糖、乳酸盐和乙酸盐组成的混合碳源进行厌氧富集培养时,水稻土中铁还原菌群落结构发生了较大的改变：铁还原菌比例升高,对碳源的利用能力增强,铁还原能力也增强；铁还原菌群落结构达到稳定所需要的时间增加；芽孢杆菌和葡萄球菌的生长占优势地位。