砷严重污染土壤中参与砷氧化还原反应的微生物群落和功能基因多样性研究

发布时间：2020-07-17 04:14

【摘要】：本研究的重点是石门镇微生物群落的功能和分子特征。我们首次充分探索了砷酸盐呼吸减少,亚砷酸盐氧化活性,石门镇微生物功能基因多样性,以及微生物活动/多样性与环境因素的相关性。本研究的结果有助于我们更好地了解石门砷氧化细菌的多样性和砷严重污染土壤中砷的地球化学循环。我们研究了微生物群落的作用,以及它们在有氧和厌氧条件下将砷从砷严重污染的土壤中溶解与释放的能力。我们的研究基于微生物学和分子生物学的观点,系统地分析了砷严重污染土壤中砷氧化还原所涉及的功能基因以及微生物的多样性和功能。根据我们的具体目标,检测分析样品地球化学特征,然后提取环境基因组DNA,使用microcosm实验来评估砷严重污染土壤中微生物群落的亚砷酸盐氧化、砷呼吸性还原能力。为了清楚地了解参与亚砷酸盐氧化和砷呼吸性还原的微生物的分子基础,我们从每个样品的总基因组DNA中检测分析到aioA和arrA基因的多样性。为了确定土著微生物在当地砷严重污染土壤形成中作用,使用microcosm技术说明在有氧和厌氧条件下,土著微生物在能够促进砷从高砷土壤释放到水相中。在石门砷严重污染土壤区域,我们选取了 24个采样点进行采样。样品的微生物群落组成包含54个细菌门类,具有很高的微生物多样性,而且不同样品间的微生物差异显著。其中最丰富的门是Proteobacteria(3 0.63%),Chloroflexi(17.5 9%),Acidobacteria(13.60%),NItrospirae(5.36%)。一些关键的环境因素,如硫酸盐、pH、TOC和总As对群落结构产生影响。微生物群落的亚砷酸盐氧化功能表明,来自21和2Ⅲ样品的微生物群落利用有机碳源在24小时内将As(Ⅲ)完全氧化成As(Ⅴ),而利用无机碳源需要48h将As(Ⅲ)完全氧化表现了强烈的亚砷酸盐氧化活性。有氧条件下微生物群落介导的砷释放试验表明,样品S7,S9,S11,S15,S13,在孵育16天后可溶性砷浓度达到最大,分别是2.499107 mM,3.335108 mM,3.00413 mM,2.61786 mM,and 3.08129 mM,这表明微生物显著促进砷从砷严重污染土壤中溶解、转化、释放到水相中。微生物群落的砷呼吸性还原功能分析表明,在厌氧条件下,样品中微生物群落能够利用乳酸盐,甲酸盐,丙酮酸盐或乙酸盐等等作为电子供体,将As(Ⅴ)呼吸性还原为As(Ⅲ)。厌氧砷释放试验表明,这些微生物群落非常有效地催化了砷严重污染土壤中砷向水相的迁移和释放。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53;X172

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本文编号：2758963