發(fā)布時(shí)間：2020-08-26 04:38

【摘要】：AMDY2-9-2由安徽銅陵酸性礦水樣品中分離純化得到。安徽銅陵廢礦區(qū)環(huán)境具有含鐵硫化礦物,重金屬含量高,pH低等特征,酸性礦區(qū)環(huán)境形成的原因一方面源自于含硫化物化學(xué)反應(yīng),另一方面可能源自于礦區(qū)微生物群落氧化硫產(chǎn)生的S042-等酸性硫化物。因此,為了研究硫氧化微生物在酸性環(huán)境形成中的作用,本實(shí)驗(yàn)以AMDY2-9-2為研究對象,利用細(xì)菌全基因組技術(shù),重點(diǎn)研究AMDY2-9-2的硫氧化能力。在通過De novo全基因組技術(shù)獲得AMDY2-9-2全部基因后,利用現(xiàn)有通用數(shù)據(jù)庫,對基因進(jìn)行注釋,由此可獲得AMDY2-9-2硫氧化基因及其可能的硫氧化通路;此外,通過比較基因組的手段,將AMDY2-9-2基因與典型硫氧化菌株做共線性,基因家族等信息分析,獲得AMDY2-9-2硫氧化基因可能的定位,作用方式及進(jìn)化等信息,為深入的實(shí)驗(yàn)研究指明方向。根據(jù)AMDY2-9-2全基因組的結(jié)果,通過在其培養(yǎng)環(huán)境中添加不同濃度,不同粒徑的單質(zhì)硫以研究其對單質(zhì)硫的氧化情況,此外,通過改變AMDY2-9-2與單質(zhì)硫的接觸方式以及培養(yǎng)環(huán)境中電子受體,研究其氧化單質(zhì)硫的方式以及硫氧化功能蛋白的作用途徑。通過這一系列針對AMDY2-9-2硫氧化能力的研究,旨在發(fā)現(xiàn)其氧化硫的方式及關(guān)鍵環(huán)節(jié)。希望通過后期人為干預(yù)的方式減緩其硫氧化進(jìn)程,以此達(dá)到緩解及治理礦區(qū)環(huán)境酸化現(xiàn)象。在經(jīng)GOG,GO及KEGG數(shù)據(jù)庫注釋及比較基因組的生物信息分析后,AMDY2-9-2基因數(shù)據(jù)顯示出了其獨(dú)立的硫氧化基因體系,但并未顯示出獨(dú)立的鐵還原基因體系;與鐵代謝有關(guān)的基因多以鐵硫簇的形式存在。這就表明,AMDY2-9-2的鐵還原功能與硫代謝功能可能是偶聯(lián)的。此外,AMDY2-9-2中編碼鐵硫代謝過程的基因同時(shí)也編碼其他生理過程,如氨基酸代謝,碳循環(huán)等,因此,在菌株存在的環(huán)境中所發(fā)現(xiàn)的如SO42-,Fe2+等指征硫氧化及鐵還原的標(biāo)記物,并不完全意味著AMDY2-9-2即具有硫氧化-還原鐵偶聯(lián)能力,因這些物質(zhì)亦有可能是其他生理過程的中間產(chǎn)物。因此,只有結(jié)合了基因水平的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理化實(shí)驗(yàn)結(jié)果,才可最終確認(rèn)AMDY2-9-2的鐵硫代謝功能。在生理生化實(shí)驗(yàn)部分,我們以菌體生長量,pH,Eh,SO42-以及Fe2+濃度來表征和衡量單質(zhì)硫的氧化程度及單質(zhì)硫氧化-鐵還原的偶聯(lián)程度。研究結(jié)果顯示,當(dāng)培養(yǎng)基中單質(zhì)硫添加量小于等于6g/L時(shí),AMDY2-9-2對單質(zhì)硫的氧化能力與單質(zhì)硫添加量呈正相關(guān);當(dāng)添加同樣濃度的單質(zhì)硫時(shí),所添加的單質(zhì)硫粒徑越小,AMDY2-9-2對單質(zhì)硫的氧化程度越高。研究AMDY2-9-2氧化單質(zhì)硫的作用方式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,AMDY2-9-2氧化單質(zhì)硫時(shí),AMDY2-9-2必須與單質(zhì)硫有直接或間接的接觸,并且只有在菌體完整且具有生物活性的條件下才能參與單質(zhì)硫的氧化過程;此外,在硫氧化過程中,氧和Fe3+這兩種電子受體可同作為電子受體而參與到單質(zhì)硫的氧化過程,但相比于Fe3+,氧是AMDY2-9-2氧化單質(zhì)硫的更高效電子受體;該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,在缺乏氧受體的情況下,Fe3+是能夠作為代替的電子受體參與硫氧化過程,換言之,在乏氧情況下,AMDY2-9-2具有硫氧化-鐵還原偶聯(lián)功能。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q811.4
【圖文】：

程進(jìn)入大氣，隨后大氣中的硫以降水、沉降及表面吸收等作用，再回到陸地與海逡逑洋，并最終隨著地表徑流進(jìn)入河流，輸往海洋，沉積于海底，循環(huán)往復(fù)，完成能逡逑量交換［４＿５］。全球硫循環(huán)模式圖如圖１．１所示【６１。結(jié)合上述的結(jié)論，硫在海陸之間逡逑的循環(huán)不僅僅是個(gè)物理化學(xué)過程，同時(shí)還有賴于生物的作用。有文獻(xiàn)指出，具有逡逑硫代謝功能的生物可通過還原作用生成硫化氫，隨后，硫化氫可與環(huán)境中的鐵離逡逑子等金屬離子反應(yīng)，并形成硫化物（大部分為ＦｅＳ２）。一部分暴露于氧氣中的硫化逡逑物可被重新氧化為硫酸鹽，而未被氧化的硫化物則通過沉積作用與有機(jī)質(zhì)中有機(jī)逡逑硫化合物共同進(jìn)入到地質(zhì)儲庫對于一切生物而言，硫是多種氨基酸的組成逡逑部分，一些半必需／必需氨基酸，如甲硫氨酸，半胱氨酸，胱氨酸等，是構(gòu)成生命逡逑體正常功能必不可少的物質(zhì)；一些無機(jī)自養(yǎng)微生物可以硫?yàn)闋I養(yǎng)物質(zhì)，通過對硫逡逑的氧化還原過程而獲能生存

自養(yǎng)型菌株為主，以及某些厭氧光合自養(yǎng)菌和古生菌；三為硫酸鹽類的還原過程逡逑【３１１，三種硫循環(huán)過程如圖１．２所示。圖中，藍(lán)色箭頭表示異化硫酸鹽還原作用，逡逑黑色箭頭表示異化作用，紫色箭頭表示脫硫過程，綠色箭頭表示同化硫酸鹽還原逡逑作用，紅色箭頭表示異化型硫氧化作用ｔ３２１。這三種硫循環(huán)過程，最終均會產(chǎn)生含逡逑Ｓ0４２？的終產(chǎn)物，造成礦區(qū)周邊環(huán)境酸化。逡逑圖１．２微生物參與硫循環(huán)圖（引自胡欣等，２０１８）逡逑以礦區(qū)豐度較大的嗜酸性硫氧化硫桿菌為例，它既可將環(huán)境中的還原態(tài)硫化逡逑物部分氧化，生成亞硫酸鹽和硫代硫酸鹽等中間產(chǎn)物，也＂了完全氧化硫化物而生逡逑成硫酸鹽，使周圍環(huán)境酸化［３３—３４］。無論是部分氧化還是完全氧化，它均可使硫化逡逑物從“還原態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把趸瘧B(tài)”

邐３００逡逑Ｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ａｌｏｎｇ邋ｒｅａｄｓ逡逑圖２．１邋Ｉｌｌｕｍｉｎａ測序堿基分布圖逡逑Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｑｕａｌｉｔｉｅｓ逡逑４－５邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ逡逑４０逡逑３５邋－逡逑３０邐－邐－逡逑＞ｓ邐２５邐－逡逑＂ｃｏ逡逑８邐２０邐－邐－逡逑１５邐－邐－逡逑１０邐－邐－逡逑５邐－邐－逡逑０邐；邐ｉ邐，邐ｉ邐，邐，邐：逡逑０邐５０邐１００邐１５０邐２００邐２５０邐３００逡逑Ｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ａｌｏｎｇ邋ｒｅａｄｓ逡逑圖２．２邋Ｉｌｌｕｍｉｎａ測序質(zhì)量分布圖逡逑２．２．２邋Ｐａｃｂｉｏ邋數(shù)據(jù)逡逑（ｉ）數(shù)據(jù)概況逡逑由于ＰａｃＢｉｏＲＳＩＩ平臺上單個(gè)ＳＭＲＴｃｅｌｌ中有１５萬個(gè)零模波導(dǎo)孔（Ｚｅｒｏ－Ｍｏｄｅ逡逑Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，邋ＺＭＷｓ），當(dāng)測序時(shí)ＤＮＡ模板隨機(jī)分配到每個(gè)ＺＭＷ小孔會存在

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本文編號：2804702