砷是一種普遍存在的有毒元素,地下水砷污染是全球性的公共衛(wèi)生問題,嚴重影響人類健康。內蒙古河套盆地是我國高砷地下水污染較為嚴重的地區(qū)之一。地下水系統(tǒng)中的微生物活動,尤其是微生物介導的鐵（Fe）、硫（S）和砷（As）等元素循環(huán)代謝過程對高砷地下水系統(tǒng)中砷的遷移轉化具有重要的影響。然而,高砷地下水系統(tǒng)中微生物群落結構與功能對鐵、硫、砷的遷移轉化過程的影響作用和潛在的分子機制仍然未知。本研究以我國原生高砷地下水地區(qū)內蒙古河套盆地作為研究區(qū),采用16S rRNA高通量測序和宏基因組學的方法定量分析高砷地下水系統(tǒng)中的微生物群落組成與功能基因,探討砷的生物轉化過程中微生物作用及潛在的分子機制,得到以下主要結論:（1）內蒙古河套盆地高砷地下水中以Acinetobacter、Pseudomonas為優(yōu)勢菌屬;環(huán)境因子As_Total、Fe _Total、Fe²⁺、Mn_Total與平原區(qū)高砷地下水微生物群落結構顯著相關（p<0.05）,說明As_Total、Fe_Total、F... 

【文章來源】： 戴維 中國地質大學(北京)

【文章頁數】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

中國砷污染盆地分布(Rodríguez-Ladoetal.,2013)

緒論8稻田土獨特的地球化學條件(Luoetal.,2014;Xiaoetal.,2016b)。另外，通過宏基因組學研究發(fā)現微生物作用的硫酸鹽還原、鐵還原等過程與砷的遷移釋放過程關系密切(Bertinetal.,2011;Zhangetal.,2016b;Zhuetal.,2017)，而在此過程中砷、鐵、硫等功能基因必然具有重要作用。Zhu等綜述了與砷代謝相關的基因以及其他元素對砷生物地球化學的影響，討論了宏基因組、宏轉錄組、宏蛋白酶和宏代謝方法對微生物砷轉化的分析，重點介紹了其他元素對砷代謝的影響以及微生物砷代謝組學研究的現狀，并構建了鐵、氮、硫和天然有機物在砷生物地球化學循環(huán)中涉及微生物的影響模型（圖1-2）(Zhuetal.,2017)。然而目前有關Fe-S-As代謝模型還不夠完善，未揭示硫、鐵循環(huán)對于砷釋放遷移的影響，并未考慮其與硫、鐵相關的功能基因作用的過程，硫、鐵循環(huán)對于砷釋放遷移的影響還有待揭示并補充完善。圖1-2鐵、氮、硫和有機物對砷生物地球化學循環(huán)中涉及微生物的影響模型基于宏基因組學的砷污染地下水研究表明細菌在砷污染環(huán)境中數量占比最

緒論10微生物可通過細胞質砷酸鹽還原酶ArsC作用在細胞膜內將砷酸鹽還原為亞砷酸鹽（亞砷酸鹽更易溶解流動），隨后在外排泵蛋白ArsB的作用下從細胞中泵出(Rosen,2002)，從而達到解毒效果，其過程受arsR基因調控，并偶伴arsA與arsD基因的出現，其中arsA負責編碼與arsB結合的ATP酶，arsD負責編碼亞砷酸鹽伴侶蛋白。砷酸鹽還原酶首先在StaphylococcusaureusplasmidpI258上被發(fā)現(JiandSilver,1992)。呼吸性砷酸鹽還原是微生物將砷酸鹽作為末端電子受體進行砷異化還原的代謝過程。Arr操縱子中arrA和arrB編碼膜性呼吸性砷酸鹽還原酶促使砷酸鹽還原為亞砷酸鹽，首先純化并鑒定的Arr蛋白來自厭氧細菌Chrysiogenesarsenatis(KrafftandMacy,2001)，與砷酸鹽呼吸有關的arr在許多細菌中被鑒定，如β-變形菌、γ-變形菌、δ-變形菌、ε-變形菌、厚壁菌等，但古菌中發(fā)現甚少。圖1-3與砷代謝相關的微生物過程及基因(Crognaleetal.,2017)砷甲基化是一種有效的砷解毒方法。該過程由還原和甲基化交替發(fā)生，生成甲基胂化物如一甲基胂MMA、二甲基胂DMA和三甲胂TMA(BentleyandChasteen,2002)，這些過程是由arsM、arsI、arsH基因產物介導的(YangandRosen,2016)。arsM編碼亞砷酸鹽甲基轉移酶，arsI編碼一種CAs裂解酶，而arsH編碼了一種甲基砷氧化酶，甲基化使無機砷轉化為非揮發(fā)性胂（如MMA和DMA）以及揮發(fā)性胂（如TMA和TMAO），隨后擴散出胞外排出，有效地緩解砷的毒


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