矿区土壤抗砷/锑细菌多样性研究与抗砷/锑细菌的多相分类学鉴定

论文摘要

自然界中的微生物在重（类）金属的生物地球化学循环中起着重要作用。土壤重（类）金属污染日益严重,矿区重（类）金属污染尤其严重,作为矿区主要污染源的砷和锑尤其受到环保部门的重视和人们的关注,修复重（类）金属污染环境已刻不容缓。矿区微生物种群在污染的形成、转化和修复方面都扮演了重要角色。本文对湖北大冶铁矿和黑龙江鸡西煤矿土壤中的抗砷、抗锑细菌的多样性进行了研究,结果发现两地可培养抗性细菌的群落既有相似性又有独特性,两地的优势菌群都是Pseduomonas属,但鸡西煤矿土壤抗性细菌分布更具多样性。采用培养法从两地土壤中共分离得到16株抗砷（As）细菌和12株抗锑（Sb）细菌,大冶铁矿分离到8株抗砷细菌和6株抗锑细菌；鸡西煤矿分离得到的抗砷、抗锑细菌的数量与大冶铁矿的一致。16S rRNA基因序列分析结果表明,Bacillus, Comamonas和Pseudomonas三个属是两地共有的菌群,但Achromobacter, Ensifer和Skermanella只在鸡西煤矿中发现。对矿区土壤中抗砷、抗锑细菌的多样性研究为今后改善矿区土壤生态系统和利用微生物修复矿区土壤重金属污染奠定了理论基础。从大冶铁矿的土壤中分离到一株革兰氏阴性、好氧、杆状、有鞭毛、能运动的抗砷细菌ZS79,菌株ZS79能在4到37℃温度范围内生长（最适生长温度为28℃）,其生长pH范围为5到9（最适pH为7.0）,NaCl的耐受浓度为0%-4%。基因组DNA G+C mol%为70.7%,呼吸醌为Q-8,主要脂肪酸为iso-C15:0, iso-C17:1ω9c, iso-C16:0, iso-C11:0和iso-C11:03-OH,主要极性脂为DPG、PE、PG和PME。16S rRNA基因序列分析表明ZS79与Lysobacter属同源性最高,为92.7%-96.9%。从菌株的表型特征、化学分类学、系统发育和基因型特征的结果可以得出,菌株ZS79与Lysobacter属的其它模式种有许多共同点但也存在明显差异,所以提议在Lysobacter属里加入一个新种,命名为抗砷溶杆菌Lysobacter arseniciresistens sp. nov.,模式菌株为ZS79T （= CGMCC 1.10752T= KCTC 23365T）。从鸡西煤矿的土壤中分离到一株革兰氏阴性好氧、杆状,有运动性的抗砷、抗锑细菌SB22,菌株SB22能在4到37℃温度范围内生长（最适生长温度为28℃）,其生长的pH范围为5-9（最适7.0）,NaCl耐受浓度为0%-4%。基因组DNA G+C mol%为69.6%,呼吸醌为Q-10,主要脂肪酸为C18:1ω7c, summed feature 2和C16：o,主要极性脂为DPG、PC、PE和PG。基于16S rRNA基因序列的系统发育分析表明SB22与Skermanella属同源性最高,与该属的模式种的同源性分别为Skermanella aerolata 5416T-32T（97.3%）, Skermanella parooensis ACM 2042T （95.8%）和¨Skermanella xinjiangensis 10-1-101T （92.9%）。菌株SB22和S. aerolata 5416T-32T的DNA杂交为43.3%。从菌株的表型特征、化学分类学、系统发育和基因型特征的结果可以得出,菌株SB22与Skermanella属的其它模式种有许多共同点但也存在明显差异,所以提议在Skermanella属里加入一个新种,命名为抗锑斯科曼氏球菌Skermanella stibiiresistens sp. nov.,模式菌株为SB22T （= CGMCC1.10751T=KCTC 23364T）。本研究对大冶铁矿和鸡西煤矿矿区土壤中抗砷、抗锑细菌多样性进行了比较系统的研究,在此基础上对筛选到的两株新种ZS79和SB22进行了多项分类学鉴定。这两株新菌对砷和锑的抗性分别较同属其它菌的抗性要高很多。另外,全面分析了Skermanella属所有模式种的极性脂,并对Skermanella属的描述进行了修订。其研究结果对丰富矿区土壤微生物资源具有重要价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语表
• 第一章 文献综述、研究的目的和意义
• 1.1 抗砷微生物
• 1.1.1 砷污染环境
• 1.1.2 抗砷微生物的分类
• 1.1.3 抗砷微生物的抗砷机理
• 1.2 抗锑微生物
• 1.2.1 锑在环境的来源和分布
• 1.2.2 抗锑微生物分类
• 1.2.3 抗锑微生物的抗性机理
• 1.3 微生物的分类学
• 1.3.1 微生物的分类学
• 1.3.2 微生物鉴定的技术与方法
• 1.4 黄色单胞菌科
• 1.5 红螺菌科
• 1.6 研究的目的和意义
• 第二章 矿区土壤中抗砷、抗锑细菌的多样性研究
• 2.1 样品采集
• 2.2 培养基
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 富集
• 2.3.2 菌种筛选
• 2.3.3 土壤理化性质的测定
• 2.3.4 PCR扩增16S rRNA基因
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 土壤理化性质测定
• 2.4.2 抗砷细菌的筛选和鉴定
• 2.4.3 抗锑细菌的筛选和鉴定
• 2.4.4 大冶铁矿抗砷、抗锑细菌多样性分布
• 2.4.5 鸡西煤矿抗砷、抗锑细菌多样性分布
• 2.5 讨论
• 2.6 本研究的结论和创新性
• 第三章 抗砷细菌Lysobacter arseniciresistens多相分类学鉴定
• 3.1 培养基
• 3.2 实验材料和方法
• 3.2.1 形态学特征
• 3.2.2 生长特性
• 3.2.3 生理生化特性
• 3.2.4 化学分类学特征
• 3.2.5 基因型特征
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 表型特征
• 3.3.2 生长特性
• 3.3.3 生理生化特性
• 3.3.4 化学分类学特征
• 3.3.5 基因型特征
• 3.4 讨论
• 3.5 本研究的结论和创新性
• 第四章 抗锑细菌Skermanella stibiiresistens的多相分类学鉴定
• 4.1 培养基
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 形态学特征
• 4.2.2 生长特性
• 4.2.3 生理生化特性
• 4.2.4 化学分类学特征
• 4.2.5 基因型特征
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 表型特征
• 4.3.2 生长特性
• 4.3.3 生理生化特性
• 4.3.4 化学分类学特征
• 4.3.5 基因型特征
• 4.4 讨论
• 4.5 本研究的结论和创新性
• 参考文献
• 发表和待发表的论文
• 致谢