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近年来砷污染事件的不断发生对人类的健康与生态环境稳定都造成了一定程度的危害。砷污染与修复问题已引起世界各国的密切关注。耐砷菌广泛存在于各种环境中,在砷污染的环境中尤为丰富,耐砷菌在砷的地球化学循环过程可能会起到重要作用。
本论文研究以新疆干旱盐碱环境为背景,从新疆几种典型环境(1)新疆达坂城东盐湖(以淡水湖柴窝铺湖为对照),(2)新疆阜康地区盐碱土,(3)新疆克拉玛依某富砷金矿尾矿环境中进行耐砷菌的分离与筛选。结果显示耐砷菌广泛存在于这几种典型环境中,这意味着耐砷菌对新疆干旱盐碱环境中砷污染修复可能具有一定贡献。
本研究从砷浓度较高的筛选平板中共挑选出了17株细菌菌株,其中标号为Y1、Y2、Y6的菌株来源于盐湖湖泊沉积物中,标号为C1、C4的菌株来源于柴窝铺湖沉积物,标号为P1、P2、P3、G1、G3、G5六株细菌菌株来源于盐碱土环境,标号为J2、J3、J4、J5、J8、J9六株细菌来源于富砷金矿尾矿环境中。分子生物学鉴定、聚类分析结果显示此17株细菌可分为4大类(纲)(1)丙型变形菌纲(Gamma-proteobacteria)细菌十株,它们分别是Y2:气单胞菌、C1:假单胞菌、G1:肠杆菌、G3:假单胞菌、P1,假单胞、P2:不动杆菌、P3:成团泛菌、J3:假单胞菌、J4:假单胞菌、J5:嗜冷杆菌,(2)放线菌纲(Actinobacteria)细菌四株,它们分别是Y1:红球菌、G5:考克氏菌、J2:节杆菌、J9:微杆菌,(3)芽孢杆菌纲(Bacilli)细菌两株,它们为标号Y6与J8两种菌株,(4)黄杆菌纲(Flavobacteriaceae)细菌一株,标号为C4。
此17株细菌对As(Ⅲ)都具有比较强的耐受能力,As(Ⅲ)最小抑制浓度MICs值均大于16mM,其中菌株J9对As(Ⅲ)的耐受能力最强,MICs值达到66.5 mM。这些菌株中标号为Y2、C4、J4的三株细菌被确定为是具有氧化As(Ⅲ)能力的菌株,在As(Ⅲ)浓度为100 mg/L的LB液体培养基环境中,菌株C4可以在48小时内完成约50%的As(Ⅲ)氧化,Y2菌株72小时内可以完成约50%的As(Ⅲ)氧化,J4菌株可以在24小时内完成50%的氧化。
生物积累测试结果显示,耐砷菌对砷均有不同程度的生物吸附积累能力,其中G3菌株对砷的生物积累量最大为587.4 ug/g(干菌体),C1菌株的生物积累量最小为95.9 ug/g(干菌体)。相比细菌对其它重金属的生物积累,耐砷菌对砷的积累能力相对较弱。
耐砷菌对环境介质与砷的吸附影响测试结果显示,在贫营养的水溶液中,耐砷细菌菌体的引入对几种环境介质(水铁矿(HFO)、土壤、沉积物)与砷的吸附无显著影响。然而在营养丰富的LB液体培养基环境中,As(Ⅲ)氧化菌可将溶液中部分As(Ⅲ)氧化为As(V),显著地促进了盐湖、柴窝铺湖两湖湖底沉积物对总砷的吸附,然而却减小了水铁矿对总砷的吸附能力。此实验证明了As(Ⅲ)氧化细菌的作用不仅可改变环境中砷的价态而且也影响着环境介质对砷的吸附固定、迁移转化的过程。因此砷氧化菌的存在对环境中砷的生物地球化学循环过程可能具有非常重要的意义。