河套盆地高砷地下水系统微生物群落结构与功能基因特征
发布时间：2021-01-11 02:01
砷是一种普遍存在的有毒元素,地下水砷污染是全球性的公共卫生问题,严重影响人类健康。内蒙古河套盆地是我国高砷地下水污染较为严重的地区之一。地下水系统中的微生物活动,尤其是微生物介导的铁（Fe）、硫（S）和砷（As）等元素循环代谢过程对高砷地下水系统中砷的迁移转化具有重要的影响。然而,高砷地下水系统中微生物群落结构与功能对铁、硫、砷的迁移转化过程的影响作用和潜在的分子机制仍然未知。本研究以我国原生高砷地下水地区内蒙古河套盆地作为研究区,采用16S rRNA高通量测序和宏基因组学的方法定量分析高砷地下水系统中的微生物群落组成与功能基因,探讨砷的生物转化过程中微生物作用及潜在的分子机制,得到以下主要结论:（1）内蒙古河套盆地高砷地下水中以Acinetobacter、Pseudomonas为优势菌属;环境因子AsTotal、Fe Total、Fe2+、MnTotal与平原区高砷地下水微生物群落结构显著相关（p<0.05）,说明AsTotal、FeTotal、F...
【文章来源】： 戴维 中国地质大学(北京)
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国砷污染盆地分布(Rodríguez-Ladoetal.,2013)
绪论8稻田土独特的地球化学条件(Luoetal.,2014;Xiaoetal.,2016b)。另外，通过宏基因组学研究发现微生物作用的硫酸盐还原、铁还原等过程与砷的迁移释放过程关系密切(Bertinetal.,2011;Zhangetal.,2016b;Zhuetal.,2017)，而在此过程中砷、铁、硫等功能基因必然具有重要作用。Zhu等综述了与砷代谢相关的基因以及其他元素对砷生物地球化学的影响，讨论了宏基因组、宏转录组、宏蛋白酶和宏代谢方法对微生物砷转化的分析，重点介绍了其他元素对砷代谢的影响以及微生物砷代谢组学研究的现状，并构建了铁、氮、硫和天然有机物在砷生物地球化学循环中涉及微生物的影响模型（图1-2）(Zhuetal.,2017)。然而目前有关Fe-S-As代谢模型还不够完善，未揭示硫、铁循环对于砷释放迁移的影响，并未考虑其与硫、铁相关的功能基因作用的过程，硫、铁循环对于砷释放迁移的影响还有待揭示并补充完善。图1-2铁、氮、硫和有机物对砷生物地球化学循环中涉及微生物的影响模型基于宏基因组学的砷污染地下水研究表明细菌在砷污染环境中数量占比最
绪论10微生物可通过细胞质砷酸盐还原酶ArsC作用在细胞膜内将砷酸盐还原为亚砷酸盐（亚砷酸盐更易溶解流动），随后在外排泵蛋白ArsB的作用下从细胞中泵出(Rosen,2002)，从而达到解毒效果，其过程受arsR基因调控，并偶伴arsA与arsD基因的出现，其中arsA负责编码与arsB结合的ATP酶，arsD负责编码亚砷酸盐伴侣蛋白。砷酸盐还原酶首先在StaphylococcusaureusplasmidpI258上被发现(JiandSilver,1992)。呼吸性砷酸盐还原是微生物将砷酸盐作为末端电子受体进行砷异化还原的代谢过程。Arr操纵子中arrA和arrB编码膜性呼吸性砷酸盐还原酶促使砷酸盐还原为亚砷酸盐，首先纯化并鉴定的Arr蛋白来自厌氧细菌Chrysiogenesarsenatis(KrafftandMacy,2001)，与砷酸盐呼吸有关的arr在许多细菌中被鉴定，如β-变形菌、γ-变形菌、δ-变形菌、ε-变形菌、厚壁菌等，但古菌中发现甚少。图1-3与砷代谢相关的微生物过程及基因(Crognaleetal.,2017)砷甲基化是一种有效的砷解毒方法。该过程由还原和甲基化交替发生，生成甲基胂化物如一甲基胂MMA、二甲基胂DMA和三甲胂TMA(BentleyandChasteen,2002)，这些过程是由arsM、arsI、arsH基因产物介导的(YangandRosen,2016)。arsM编码亚砷酸盐甲基转移酶，arsI编码一种CAs裂解酶，而arsH编码了一种甲基砷氧化酶，甲基化使无机砷转化为非挥发性胂（如MMA和DMA）以及挥发性胂（如TMA和TMAO），随后扩散出胞外排出，有效地缓解砷的毒
本文编号：2969847
【文章来源】： 戴维 中国地质大学(北京)
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国砷污染盆地分布(Rodríguez-Ladoetal.,2013)
绪论8稻田土独特的地球化学条件(Luoetal.,2014;Xiaoetal.,2016b)。另外，通过宏基因组学研究发现微生物作用的硫酸盐还原、铁还原等过程与砷的迁移释放过程关系密切(Bertinetal.,2011;Zhangetal.,2016b;Zhuetal.,2017)，而在此过程中砷、铁、硫等功能基因必然具有重要作用。Zhu等综述了与砷代谢相关的基因以及其他元素对砷生物地球化学的影响，讨论了宏基因组、宏转录组、宏蛋白酶和宏代谢方法对微生物砷转化的分析，重点介绍了其他元素对砷代谢的影响以及微生物砷代谢组学研究的现状，并构建了铁、氮、硫和天然有机物在砷生物地球化学循环中涉及微生物的影响模型（图1-2）(Zhuetal.,2017)。然而目前有关Fe-S-As代谢模型还不够完善，未揭示硫、铁循环对于砷释放迁移的影响，并未考虑其与硫、铁相关的功能基因作用的过程，硫、铁循环对于砷释放迁移的影响还有待揭示并补充完善。图1-2铁、氮、硫和有机物对砷生物地球化学循环中涉及微生物的影响模型基于宏基因组学的砷污染地下水研究表明细菌在砷污染环境中数量占比最
绪论10微生物可通过细胞质砷酸盐还原酶ArsC作用在细胞膜内将砷酸盐还原为亚砷酸盐（亚砷酸盐更易溶解流动），随后在外排泵蛋白ArsB的作用下从细胞中泵出(Rosen,2002)，从而达到解毒效果，其过程受arsR基因调控，并偶伴arsA与arsD基因的出现，其中arsA负责编码与arsB结合的ATP酶，arsD负责编码亚砷酸盐伴侣蛋白。砷酸盐还原酶首先在StaphylococcusaureusplasmidpI258上被发现(JiandSilver,1992)。呼吸性砷酸盐还原是微生物将砷酸盐作为末端电子受体进行砷异化还原的代谢过程。Arr操纵子中arrA和arrB编码膜性呼吸性砷酸盐还原酶促使砷酸盐还原为亚砷酸盐，首先纯化并鉴定的Arr蛋白来自厌氧细菌Chrysiogenesarsenatis(KrafftandMacy,2001)，与砷酸盐呼吸有关的arr在许多细菌中被鉴定，如β-变形菌、γ-变形菌、δ-变形菌、ε-变形菌、厚壁菌等，但古菌中发现甚少。图1-3与砷代谢相关的微生物过程及基因(Crognaleetal.,2017)砷甲基化是一种有效的砷解毒方法。该过程由还原和甲基化交替发生，生成甲基胂化物如一甲基胂MMA、二甲基胂DMA和三甲胂TMA(BentleyandChasteen,2002)，这些过程是由arsM、arsI、arsH基因产物介导的(YangandRosen,2016)。arsM编码亚砷酸盐甲基转移酶，arsI编码一种CAs裂解酶，而arsH编码了一种甲基砷氧化酶，甲基化使无机砷转化为非挥发性胂（如MMA和DMA）以及挥发性胂（如TMA和TMAO），随后扩散出胞外排出，有效地缓解砷的毒
本文编号：2969847
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