富集培养条件下水口水库和象山港海域水体硫酸盐还原细菌的耐氧性特征

发布时间：2020-04-18 06:27

【摘要】：硫酸盐还原细菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)是一类兼性厌氧菌,在全球硫循环中发挥着至关重要的作用,在湖泊和海洋有机物矿化过程和生物源性黄铁矿的生成过程也扮演着重要角色。环境溶解氧浓度对硫酸盐还原过程影响较大。硫酸盐还原细菌在水体中的耐氧性是目前的研究热点。硫酸盐还原细菌与生存环境分离后,几乎所有的纯培养都是在严格缺氧条件下进行的。尽管纯培养有助于理解菌体在氧环境中酶的行为及其相应机制,但经多次传代后硫酸盐还原细菌往往会丧失在原生境中拥有的耐氧能力,且纯培养在表征环境群落组成结构和环境共存菌对硫酸盐还原细菌的耐氧性影响等方面尚有不足。目前硫酸盐还原细菌丰度与溶解氧浓度之间的关系,以及硫代谢相关菌等水体中与硫酸盐还原细菌共生的复杂多样微生物是否通过协同作用增加硫酸盐还原细菌在水体氧环境中的耐受性仍不清楚。本研究选取分层湖泊和半封闭的海湾作为研究区域来比较淡水与海水环境中硫酸盐还原细菌的耐氧性行为,分别采集了水口水库和象山港水体溶解氧梯度样品,以溶解氧为单一变量,严格控制培养基氧浓度与原位相同进行富集培养实验。运用16S rDNA高通量测序和生物信息学分析等分子生物学研究手段,对硫酸盐还原细菌及其硫代谢相关菌的组成与丰度、硫酸盐还原细菌的耐氧生长特征和耐氧机制等进行分析,探讨硫酸盐还原菌及硫代谢相关菌不同溶解氧浓度下的行为。结果显示,在富集培养条件下湖泊和沿海海域中Desulfovibrio(脱硫弧菌属)和Desulfomicrobium(脱硫微菌属)为主要硫酸盐还原细菌,Shewanella(希瓦氏菌属)和Sulfurospirillum(硫小螺体属)为其硫代谢相关菌。在淡水分层水库的富集培养样品中,Desulfovibrio的绝对丰度与溶解氧在1.84～5.00 mg/L范围内呈明显的线性负相关关系(R2=0.96)。本研究首次从定量的角度证明了溶解氧对Desulfovibrio的决定性作用,为进一步研究原位水体中的关系奠定了基础。这对理解和预测它们在湖泊和沿海海域富营养化和缺氧条件下的演变及所参与的矿化过程十分重要。此外,硫酸盐还原细菌的耐氧上限为6.68 mg/L,明显高于以往纯培养或共培养的耐氧上限值。我们推测这不仅与其高氧环境的适应策略有关,还可能得益于共存菌的贡献,后者可能通过消耗环境中的氧为Desulfovibrio提供生态位,提高其耐氧水平。
【图文】：

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浙江大学硕士学位论文邋逦第一章绪论逡逑黄铁矿的形式存在（Ｐａｒｋ邋ａｎｄ邋Ｋｉｍ，邋２００１；邋Ｚｈｏｕ邋ｄｆｌ／．，２０１４）。逡逑表２硫化合物的类型及价态逡逑Ｔａｂｌｅ邋２邋Ｔｙｐｅｓ邋ａｎｄ邋ｖａｌｅｎｃｅ邋ｓｔａｔｅｓ邋ｏｆ邋ｓｕｌｆｕｒ邋ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ逡逑、克化合物类型逦价态逦—逡逑硫酸盐（Ｓｕｌｆａｔｅ）邋：邋Ｓ0４２－逦＋６逡逑亚硫酸盐（Ｓｕｌｆｉｔｅ）邋：邋Ｓ０３２—逦＋４逡逑硫代硫酸盐（Ｔｈｉｏｓｕｌｆａｔｅ）邋：邋Ｓ２Ｏ３２－逦＋２逡逑硫元素（Ｅｌｅｍｅｎｔａｌ邋Ｓｕｌｆｕｒ）邋：邋Ｓ°逦０逡逑硫化物（Ｓｕｌｆｉｄｅ）邋：邋ＨＪ、ＨＳ－、Ｓ２－逦－２逦逡逑

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②逡逑图２硫酸盐还原细菌参与的将硫酸盐还原为Ｓ２－的过程：①同化型和②异化型逡逑（参照李亚萍，２００２）逡逑Ｆｉｇ．邋２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ邋ｏｆ邋ｓｕｌｆａｔｅ邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邋ｔｏ邋Ｓ２＂邋ｂｙ邋ｓｕｌｆｕｒ邋ｒｅｄｕｃｉｎｇ邋ｂａｃｔｅｒｉａ：邋（？）邋Ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ逡逑ｔｙｐｅ邋ａｎｄ邋（？）邋ｄｉｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ邋ｔｙｐｅ逡逑自生硫化物矿物多来源于生物过程或水热活动（Ｍｏｒｓｅｅ／ｄ．，邋１９８７）。微生逡逑物也可以通过履行生物功能形成多种矿物（Ｌｏｗｅｎｓｔａｍ，邋１９８１），其中硫酸盐还逡逑原是生成硫化物矿物（如黄铁矿ＦｅＳ）的典型方式。硫酸盐还原细菌，如逡逑细胞表面就提供了金属结合位点、矿物成梭和生长位点（Ｂｅｖｅｒｉｄｇｅ逡逑Ｃｏ／．，邋１９８３；邋ＦｅｒｒｉｓｅＭ／？，丨９８７；邋Ｆｏｒｔｉｎｅｆｆｌ／．，１９９７；邋Ｂｅｖｅｒｉｄｇｅ，邋２００３）。近年来逡逑硫酸盐还原细菌在生物矿化过程中发挥的作用也因此被不断发掘（Ｐｉｃａｒｄ邋ｄ邋？／．，逡逑２０１８），例如它能通过异化硫酸盐还原来参与有机物的被矿化过程（Ｊ０ｒｇｅｎｓｅｎ，逡逑１９８２），和其他细菌（如希瓦氏菌属）协同作用形成生源性黄铁矿逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q938.8

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