红细菌的砷代谢分子调控机制研究
时间:2018-11-20 20:57 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 摘要： 红细菌(Rhodobacter)是一类代谢机制多样的紫色非硫光合细菌，被认为是目前生物降解能力、重金属抗性和环境相容性最高的种类之一。稻田淹水导致土壤砷的溶解度和生物有效性大幅度增加，本研究从水稻土中分离筛选到一株厌氧砷氧化红细菌，并对其生理生化特性，厌氧光照条件下，菌株对砷的抗性及价态的转化、砷在细胞内的形态等进行一系列的研究。探讨红细菌对无机砷的抗性机制，为砷的地球化学循环及生物修复提供理论参考。 30401 毕业关键词：水稻土；红细菌；砷氧化；分子机制 目录 摘要：.1 关键词：1 Abstract：..1 Keywords:1 引言..1 1材料与方法..2 1．1实验材料..2 1．1．1样品来源2 1．1．2培养基.2 1．2实验方法..2 1．2．1砷氧化光合细菌的分离2 1．2．2砷氧化的验证试验..3 1．2．3菌株的鉴定..3 1.2.3.1菌株CZ-27形态结构观察及生理生化实验.3 1.2.3.2厌氧光照条件下菌株CZ-27最适碳源研究.3 1.2.3.3菌株CZ-27的总DNA的提取.3 1.2.3.416SrDNA基因和砷氧化酶基因aioA的扩增3 1．2．4光照条件下菌株CZ-27的As(III)氧化特性研究..4 2结果与分析..4 2．1砷氧化光合细菌的分离..4 2．2菌株CZ-27的鉴定与系统发育树分析..4 2．2．1菌株CZ-27的菌落形态及其生理生化特征.4 2．2．2菌株CZ-27的16SrDNA基因的系统发育树分析.5 2．3菌株CZ-27的As(III)氧化特性研究.5 2．3．1好氧条件下菌株CZ-27的As(III)氧化特性研究..5 2．3．2厌氧光照条件下菌株CZ-27的As(III)氧化特性研究6 3讨论..7 致谢..7 参考文献：..8 Study of molecular regulation mechanism of arsenic metabolism in Rhodobacter Abstract： Rhodobacter is a kind of purple non-sulfur photosynthetic bacterium which has multiple metabolic mechanisms. It was considered to be one of the species whose biodegradability, heavy metal resistance has the highest environmental compatibility. Paddy soil flooded significantly increased the solubility and bioavailability of arsenic in soils. In this study, a anaerobic arsenic-oxidating strain CZ-27 was isolated from paddy soil and its physiological and biochemical characteristics, arsenic resistance and the transformation of arsenic in anaerobic lighting conditions were researched. The purposes of this study is to explore the resistance mechanism of Rhodobacter to inorganic arsenic, and to provide theoretical reference for arsenic geochemical cycle and bioremediation. Key words: paddy soil；Rhodobacter；Arsenite-oxidation；molecular mechanism 引言 砷是一种剧毒类金属物质，在美国超级基金名单的危害物质中排在第一位。砷元素在土壤、海水、河水及大气中分布广泛，土壤中的砷由于不能被降解，因此易于在土壤中积累，并通过食物链进入动物、人体内，对人体具有毒害和致癌作用，相关的砷化合物可使神经系统、消化系统、心、肝、肾等多脏器受损，因此砷污染对人体健康存在潜在威胁，故长期以来备受关注[1][2]。土壤中的砷分为自然来源和人为来源两种。自然来源主要就是土壤的成土母质中所含的砷元素，除了个别富砷地区，如孟加拉国大部分地区，绝大多数的土壤中本底砷含量一般小于 15 mg•kg-1[3]。土壤中大量富集的砷造成的砷污染主要来源于人为活动。砷元素及其衍生物被广泛应用于生产制造业。同时，砷矿常常作为铅锌铜金锡矿的伴生矿，煤炭中也含有大量的砷，因此，金属采矿和煤炭开采活动也会释放大量的砷到土壤和大气环境中[4]。农业生产中施用的含砷农药和化肥也是土壤中砷的一类重要来源，过量施肥或者使用农药都会对土壤造成砷污染。 砷在土壤中可形成多种形态，但大部分是无机形态的，主要包括三价亚砷酸盐As(III)（H3AsO3）和五价砷酸盐 As(V)（H3AsO4）两种无机态，其中三价砷因具有更高的毒性和可移动性，所以对生物体危害更大。近年来，由于各种因素导致砷对土壤和水体等环境的污染越来越严重，许多微生物在含砷环境的长期适应过程中，进化了多种不同的砷解毒抗性机制。随着研究的深入，人们对微生物砷代谢有了更深的认识，并提出了某些微生物在解毒过程中可以“食砷”的观点[5]。目前研究发现，很多微生物中存在多种砷代谢途径，如同时含有细胞质 As(V)还原与化能有机异养型 As(III)氧化[6]、呼吸性As(V)还原与化能有机异养型 As(III)氧化[7][8]、化能无机自养型 As(III)氧化[9][10]与As(III)甲基化[11][12]代谢途径等，这就使得同一生物中不同代谢途径之间的调控关系成为目前微生物砷解毒机制研究的一个热点和难点问题。 本课题组尝试从水稻土壤中分离筛选不产氧光合细菌，本研究采用厌氧光照富集培养的方法分离筛选砷氧化光合细菌，并且采用 HPLC-ICP-MS 等分析方法，研究在厌氧光照条件下，通过测定菌株对砷的抗性及价态的转化、砷在细胞内的形态，探讨红细菌对无机砷的抗性机制，确定菌株的分类地位，对砷抗性基因进行检测，丰富和完善红细菌在砷代谢途径方面的实验数据和研究，更重要的是为砷的地球化学循环提供理论参考，在我们更加详细地了解认识它们的同时，也能更加高效地利用它们为我们服务，发挥潜在的砷污染生物修复功能。砷污染目前已经是个全球性的问题，解决砷污染问题是迫在眉睫，但应用传统的土壤修复技术治理或者成本太高或者技术难度大。利用种植超富集植物或一些对砷抗性强、具有一定吸收富集能力且生物量大的特殊植物逐步吸取土壤中的砷元素，进而修复污染土壤。或者利用抗砷微生物，并联合植物修复技术进行相关修复的方法己成为当前学术界研究的热点，并被认为具有巨大的商业化前景[14-16]。相对于化学和物理修复方法，可以更加廉价与高效的进行砷污染的治理，且不会造成土壤的二次污染，这将使微生物修复土壤更具现实意义和符合环境可持续发展的需求。 (责任编辑：qin) |