光照对微生物锰氧化还原过程的影响

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:baronsong2009
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锰是自然界中存在的一种大量元素,其在天然环境中的氧化还原过程主要涉及微生物介导的Mn(II)和Mn(IV)的相互转换。在已有的研究中,通常未考虑地表环境广泛存在的光辐照因素。因此,本论文拟研究光照对好氧Mn(II)氧化和Mn(IV)还原过程的影响。首先,在存在Mn(Ⅱ)和NO3-的纯水体系中,日光、氙灯光源和光照摇床辐照均能诱导光化学锰氧化。随后,以天然河水的微生物群落作为研究对象,考察光照对好氧锰氧化过程的影响。结果表明在该体系中不能发生光化学锰氧化,可能原因为河水中存在自由基淬灭物。然而,光辐照和黑暗体系下的生物锰氧化量存在较大差异。当光强为50000lux时,4天内Mn(Ⅱ)氧化率可达39.27%,明显高于暗置组的4.10%。利用宏基因组技术对不同条件下微生物群落的结构及功能进行进一步研究。光照条件下,Aquimonas、Gemmobacter、Alishewanella和Thauera菌属发生了明显的富集,表明这些菌属可耐受光生活性氧物种。KEGG的功能基因注释结果表明光照条件下,锰氧化基因mox A的丰度明显提高,同时好氧反硝化以及无机硫的同化过程相关基因丰度也有所提高。由此可见,虽然在河水体系中光照不能直接诱导光催化锰氧化过程,但是光照可以通过对微生物群落结构和功能的重塑进而对群落的锰氧化和N、S代谢过程产生影响。随后,研究了光照对酵母菌MnRB-1和草酸青霉菌SYJ-1锰还原性能的影响。26S r DNA测序确定MnRB-1为Meyerozyma guilliermondii。随后,将其与SYJ-1进行锰还原特性的比较,发现前者在中性p H及较低Mn(Ⅱ)初始浓度下具有较强的Mn(Ⅳ)还原性能,而后者在酸性及富营养时还原能力更强。对两种菌进行的光辐照影响实验结果表明光照对生物锰还原过程的影响较弱。对MnRB-1进行的基因组测序和非靶标代谢组研究表明其浸出锰氧化物的机理主要是柠檬酸的溶解作用。综上,本研究考察了光照对好氧锰氧化及锰还原过程的影响。在本研究所测试的生物体系中,光照可以通过改变微生物群落结构和功能从而调控生物锰氧化性能,而对两株锰还原真菌的锰还原性能不产生显著影响。这些结果可为进一步明确光照对微生物介导的锰的环境归趋提供研究基础。
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