安徽铜陵酸性矿山环境微生物功能群分析及典型功能菌NJU-T1的鉴定和性质研究

作     者：邢辉 

作者单位：南京大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王睿勇

授予年度：2012年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：酸性矿山环境 酸矿水 尾砂 底泥 Overlay分离技术 微生物功能群 荧光计数 DGGE TRFLP NJU-T1 多相分类 铁还原 

摘      要：本文研究了安徽铜陵酸性矿山环境中微生物功能群多样性及典型功能微生物的系统鉴定和性质。从安徽铜陵狮子山酸性矿山环境中采集得到酸性矿山排水、酸性矿山排水底泥及尾砂样品,采用可培养与不可培养两种微生物研究技术对铜陵狮子山酸性环境微生物多样性进行研究分析,可培养研究主要采用MPN计数及YE、Feo、FeSo、FeTo四种选择性培养基进行培养计数,利用Overlay分离技术,筛选纯化得到14株细菌。经16S rRNA基因测序、同源性分析,利用MEGA5.0制作系统进化发育树图,结果表明分离得到的14株微生物主要属于Acidithiobacillus、Acidosphaera、Acidocella、Acidiphilium等属,可分为4个功能群：嗜酸性异养菌、嗜酸性自养菌、中度嗜酸性铁氧化细菌、中度嗜酸性铁还原细菌。嗜酸性异养菌主要与酸矿水中三价铁的异化还原和寡营养状态的维持有关;嗜酸性自养菌与酸矿水中铁、硫元素的氧化有关,是酸水中的生产者;嗜酸性自养菌将硫化物矿物中低价态硫氧化成硫酸根,产生的能量可以将二氧化碳固定为有机物,并产生生长因子等物质,供酸矿水中其他微生物生长利用;通过嗜酸性铁还原细菌与铁氧化细菌的协同作用,可以实现酸矿水中Fe2+和Fe3+、酸矿水和酸矿水底泥之间铁元素的动态平衡,从而使得酸矿水成为一个相对稳定的生态系统。 利用多相系统分类法对从尾砂中分离得到的菌株NJU-T1进行系统生物学鉴定。NJU-T1特征如下：菌落呈白色,近圆性,边缘整齐,表面干燥。菌体单细胞,无芽孢,呈杆状,革兰氏阴性,菌体大小(长×宽)：1.0-3.0μm×0.2-0.3μm,菌体呈滑行运动;NJU-T1不能在厌氧条件下生长,为好氧菌;生长盐度为0-5%,最适生长盐度为0%;在pH2.0-6.0均可生长,最适生长pH值为4.5～5.0;在5-40℃均可生长,最适生长温度为30℃;能够在FeTo、FeSo、Feo培养基上生长,但不能在MA、NA、TSA、R2A培养基中生长;不含Fexirubin色素;可利用阿拉伯糖和水杨素作为碳源生长,但不能利用葡萄糖、蔗糖、半乳糖、果糖、核糖、鼠李糖、甘露醇、甘露糖、山梨醇、麦芽糖、木糖、乳糖等;不能利用硝酸盐及亚硝酸盐,不能使明胶液化,不具淀粉酶、脲酶活性;菌体细胞主要脂肪酸成分有18:1w7c,16:1w7c/16:1w6c,16:0,14:03OH/16:1iso I和12:0;NJU-T1所含主要醌类物质为甲基萘醌MK-7;系统进化树图表明,NJU-T1与Acidithiobacillus caldus、Thermophilic bacterium同源性较近,同源性均为95%,综上形态观察、生理生化性质以及16S rRNA基因序列同源性分析结果表明,该菌株可能属于Acidithiobacillus属的一个新典型种。 对NJU-T1进行了性质研究,平板培养和液体培养实验均证实,NJU-T1具有在有氧条件下还原Fe3+的能力。实验表明,NJU-T1在pH为4.5,温度为30℃条件下生长最好,最适还原Fe3+浓度为5mmol/L,还原铁的作用位点可能是位于细胞外膜上。NJU-T1能还原Fe3+,为铁氧化菌提供了初始能源Fez+,维持了整个酸性环境系统中的铁平衡。