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生态环境学报 2022年第4期31卷 785-792页

作者：李嘉义孙蔚旻孙晓旭孔天乐李宝琴刘振鸿高品东华大学环境科学与工程学院上海201600 广东省科学院生态环境与土壤研究所广东广州510650

尾矿污染是全球备受关注的环境问题之一,其产量大、污染风险高,对环境造成了严重的威胁。尾矿条件下的硫氧化过程会产生氢离子,导致尾矿酸化,进而使得金属污染物活化和迁移,对周边环境造成危害。硫氧化微生物作为硫元素生物地球化学循... 详细信息

尾矿污染是全球备受关注的环境问题之一,其产量大、污染风险高,对环境造成了严重的威胁。尾矿条件下的硫氧化过程会产生氢离子,导致尾矿酸化,进而使得金属污染物活化和迁移,对周边环境造成危害。硫氧化微生物作为硫元素生物地球化学循环的重要参与者,其硫氧化代谢途径是尾矿中硫氧化的主要组成部分。因此,加强对尾矿原位条件下微生物驱动的硫氧化过程的理解尤为重要。然而,目前对尾矿中硫氧化微生物的分离鉴定及其对原位环境的影响仍需进一步探讨和解析。针对这一问题,该文以“世界锑都”锡矿山的尾矿为研究对象,采用平板划线法,在硫氧化条件下对尾矿原位微生物种群进行分离纯化,并结合16S rRNA和硫氧化基因(soxB)序列分析对其进行物种鉴定。同时,构建硫氧化条件微宇宙实验体系,对两株具有硫氧化基因的纯菌进行功能验证。除此以外,通过构建尾矿原位条件模拟实验体系,探究尾矿酸化与硫氧化微生物之间的联系。结果显示,该研究成功得到了两株具有硫氧化基因的纯菌,分别为Methyloversatilis sp.LJY-1和Limnobacter sp.LJY-2。硫氧化实验进一步表明,LJY-1是首次被发现的具有硫氧化功能的Methyloversatilis属类,并且LJY-1的硫氧化能力明显强于LJY-2。基于尾矿原位条件模拟实验,证明在尾矿原位条件下,微生物驱动的硫氧化过程显著加剧了尾矿酸化(P<0.05)。针对尾矿不同阶段中含水率的差异,该研究进一步揭示了淹水条件下尾矿酸化过程显著快于湿润条件(P<0.05)。研究结果对尾矿场地的管理和修复具有重要意义。

关键词：尾矿硫氧化微生物硫氧化基因土壤酸化

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粪产碱杆菌的分离鉴定、生物转化及基因测序分析

粪产碱杆菌的分离鉴定、生物转化及基因测序分析

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作者：李敏吉林农业大学

学位级别：硕士

硫化氢(HS)作为畜牧生产过程中释放的一种有毒有害气体,可对动物机体造成伤害并对环境产生污染,因此去除HS特别是生物法氧化HS已逐渐成为当前研究热点。为筛选高效硫氧化菌株,研究其生物降解作用,了解菌株的特性和预测相关功能,本研究... 详细信息

硫化氢(HS)作为畜牧生产过程中释放的一种有毒有害气体,可对动物机体造成伤害并对环境产生污染,因此去除HS特别是生物法氧化HS已逐渐成为当前研究热点。为筛选高效硫氧化菌株,研究其生物降解作用,了解菌株的特性和预测相关功能,本研究采集污水处理厂中活性污泥和禽类养殖场中粪便,分离鉴定异养硫氧化菌株,对其生长条件进行优化并测定转化性能,将菌株进行全基因组测序和转录组测序,分析氧化硫化物的关键基因。分离鉴定与转化性能研究实验结果表明,从畜禽养殖场的粪便和污水处理厂的活性污泥中筛选得到13株可耐受硫化物的细菌,命名为JLAF1～JLAF9,N1～N4。其中JLAF9菌株对硫化物的去除效果优于其他菌株,且菌株JLAF9的SO转化能力较强,最终将菌株JLAF9作为下一步研究对象。经鉴定,菌株JLAF9属于粪产碱杆菌,在生长条件优化为底物浓度0.5 g/L,温度35°C,初始p H7.0时,对硫化物转化率可达94%以上。对粪产碱杆菌JLAF9进行全基因组测序结果表明,粪产碱杆菌JLAF9由1条染色体组成,无质粒,全基因组总长度4,039,445 bp,平均测序读长为12,396bp,GC含量约为56.63%,编码基因3794个,编码基因的总长度为3,587,088 bp,占全基因组的88.8%。将预测到的基因在基因本体数据库(Gene Ontology,GO)、京都基因与基因组百科数据库(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)、同源蛋白簇数据库(Cluster of Orthologous Groups of proteins,COG)、碳水化合物活性酶数据库(Carbohydrate-Active en ZYmes Database,CAZy)中进行注释,其中GO数据库注释到2784个基因,KEGG数据库注释到2718个基因,COG数据库注释到3075个基因,CAZy数据库注释到86个基因,从注释结果中筛选得到研究报道过的3种硫氧化酶基因,分别为硫化物醌氧化还原酶sqr基因,Sox硫氧化系统中的sox Y和sox Z基因。对粪产碱杆菌JLAF9在有无硫诱导生长的环境中基因表达变化进行转录组测序,结果表明含硫与无硫环境中菌株差异表达基因共250个,其中上调基因有27个,下调基因有223个。富集分析结果表明,差异表达基因集中在辅助因子的生物合成通路(Biosynthesis of cofactors)、ABC转运通路(ABC transporters)、硫代谢(Sulfur metabolism)、甲苯降解(Toluene degradation)、硫胺代谢(Thiamine metabolism)、苯甲酸降解(Benzoate degradation)、芳香族化合物的降解(Degradation of aromatic compounds)等相关通路。粪产碱杆菌JLAF9基因组注释到的3种硫氧化酶基因和log2Fold Change>2的基因q PCR验证结果表明,在硫源诱导前后,单血红素亚基fix O基因、亚硝酸盐还原酶nir K基因、硫化物氧化酶sox Y基因、硫化物氧化酶sox Z基因表达量显著升高,验证结果符合RNA-seq结果。而硫化物醌氧化还原酶sqr基因、整合酶家族蛋白if基因表达量无显著差异。

关键词：粪产碱杆菌硫氧化基因全基因组转录组 qPCR验证

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