銀山鉛鋅礦酸性礦坑水微生物群落結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、礦物開(kāi)采導(dǎo)致地表水和地下水的污染，其原因主要是由于礦物的暴露，使得硫化物加速溶解導(dǎo)致金屬離子含量豐富的酸性水的產(chǎn)生，這些污染水通常被稱為酸性礦坑水(AMD)。酸性礦坑水通常含有高濃度的金屬離子如鐵，銅，鋅，鎂及非金屬離子如硫，砷等。雖然AMD是一種高酸性，熱的，含有高濃度的硫酸鹽和有毒金屬離子的極端環(huán)境，但是許多微生物生存在這種環(huán)境中，這些微生物的活動(dòng)促進(jìn)AMD的形成并導(dǎo)致環(huán)境污染。同時(shí)，AMD環(huán)境中生存的微生物對(duì)金屬的生物浸出也具有重

2、要的意義。金屬浸出現(xiàn)在被認(rèn)為是主要是由鐵離子和質(zhì)子執(zhí)行浸出反應(yīng)的一個(gè)化學(xué)過(guò)程。微生物的作用是產(chǎn)生浸出化學(xué)物質(zhì)和為浸出反應(yīng)發(fā)生提供空間，當(dāng)微生物附著在礦物表面時(shí)能夠產(chǎn)生胞外多聚物(EPS)，生物氧化反應(yīng)在EPS層比溶液中反應(yīng)更為迅速有效，EPS層是生物氧化反應(yīng)場(chǎng)所。因此，研究酸性礦坑水中的微生物群落結(jié)構(gòu)及其功能活動(dòng)具有重要的意義。本文利用16SrRNA和gyrB基因作為分子標(biāo)記的RFLP技術(shù)對(duì)江西銀山鉛鋅礦的微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并比

3、較了兩種分子標(biāo)記分析結(jié)果的差異，同時(shí)還利用本實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的寡核苷酸基因芯片對(duì)江西德興銅礦和銀山鉛鋅礦的微生物群落結(jié)構(gòu)及微生物功能活動(dòng)以及環(huán)境變量對(duì)其產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究。 首先利用16S rRNA作為分子標(biāo)記分析了銀山鉛鋅礦中AMD樣品的微生物群落結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，所有的克隆都分布在7個(gè)不同的系統(tǒng)發(fā)育分支上(Cyanidium caldarium，Alpha-Proteobacteria，Gamma-Proteobacteria，D

4、elta-Proteobacteria， Acidobacteria，Actinobacteria，Nitrospira)，3個(gè)樣點(diǎn)的微生物均存在較高的多樣性，其中C.caldarium是一種能耐受高濃度金屬離子的紅藻，只存在于YSK1中，而Delta-Proteobacteria則只在YSK2中存在，而且在這個(gè)礦區(qū)的樣品中只檢測(cè)到少量的Acidithiobacillus ferrooxidans，通常這種細(xì)菌在AMD微生物群落中為優(yōu)勢(shì)

5、種群，并且在YSK1中完全檢測(cè)不到，這可能是由于受該樣點(diǎn)的低pH值影響?；瘜W(xué)分析結(jié)果顯示YSK2和YSK3具有相似的環(huán)境因子但他們與YSK1具有較大的區(qū)別，系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明YSK2和YSK3相對(duì)于YSK1具有更高的群落相似性，這一結(jié)果表明微生物群落結(jié)構(gòu)受地理化學(xué)參數(shù)，特別是鐵，硫濃度和pH值有較大影響。同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)3個(gè)樣點(diǎn)中微生物群落結(jié)構(gòu)的差異與其生存環(huán)境之間存在著一定的相關(guān)關(guān)系。進(jìn)一步利用gyrB基因作為分子標(biāo)記分析了銀山鉛鋅礦

6、AMD樣品的微生物群落組成，并與16S rRNA的分析結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，兩種分子標(biāo)記分析的微生物群落結(jié)構(gòu)在整體上的組成雖然很相似，但是以gyrB基因?yàn)榉肿訕?biāo)記從微生物群落中所發(fā)現(xiàn)的OTU數(shù)目(68個(gè))明顯高于16S rRNA為分子標(biāo)記的OTU數(shù)量(52個(gè))，而且gyrB基因的多樣性指數(shù)也明顯高于16S rRNA的多樣性指數(shù)。建立在AMD樣品的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)分析顯示，gyrB基因代表了更高水平的遺傳多樣性。結(jié)果表明gyrB基因能夠更好

7、的區(qū)分一些16S rRNA無(wú)法辨別的近親菌株，具有比16S rRNA更好的辨別力，其豐度更高，可能更適合于微生物群落的多樣性分析。 基因芯片技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)已被廣泛應(yīng)用于微生物群落結(jié)構(gòu)與功能的研究中，本研究利用實(shí)驗(yàn)室自行構(gòu)建并評(píng)估了的寡核苷酸基因芯片對(duì)德興銅礦6個(gè)樣點(diǎn)和銀山鉛鋅礦3個(gè)樣點(diǎn)的酸性浸礦水樣品進(jìn)行了分析。并使用除趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(DCA)，典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)，偏典范對(duì)應(yīng)分析(Partial CCA)，Mantel測(cè)試

8、等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)研究樣品地球化學(xué)性質(zhì)對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)和功能活動(dòng)的動(dòng)力學(xué)影響，總共檢測(cè)到373個(gè)16S rRNA和功能基因信號(hào)，對(duì)這些雜交結(jié)果的分析表明酸性礦坑水樣品中存在著高度的多樣性和異質(zhì)性，其微生物群落主要由Acidithiobacillus ferrooxidans、Leptospirillum sp.、Acidithiobacillus thiooxidans、 Acidothermus cellulolyticum、Thermo

9、plasmataceae archaeon、 Sulfolobus sp.、 Sulfobacillus sp.、 Thiomonas sp.、Hypdrogenobacter acidophilus、Alicyclobacillus herbarius、Acidianus sp.、Actinobyces naeslundii、Microthrix parvicella、Acidobacteria、Desulfobibrio longu