潮土中氨氧化菌群對(duì)重金屬銅和鎘的響應(yīng)機(jī)制研究.pdf

1、硝化作用在全球氮循環(huán)過(guò)程中起著重要的作用，氨氧化過(guò)程是硝化作用的第一個(gè)反應(yīng)步驟，也是整個(gè)過(guò)程的限速步驟和中心環(huán)節(jié)。氨氧化細(xì)菌和氨氧化古菌是整個(gè)自然界氨氧化作用的主要參與者。氨氧化細(xì)菌首先在氨單加氧酶（ammoniamonooxygenase，AMO）的催化下將氨氧化成羥氨，再由羥氨氧化還原酶(HAO)催化將羥氨氧化成亞硝酸。氨氧化古菌也已被證實(shí)含有氨單加氧酶(AMO)和含Cu的蛋白質(zhì)來(lái)完成氨氧化過(guò)程。因此氨單加氧酶(AMO)是整個(gè)硝化反

2、應(yīng)過(guò)程中的關(guān)鍵酶。氨單加氧酶(AMO)是由3個(gè)不同亞基組成的三聚體膜結(jié)合蛋白，3個(gè)亞基的分子量Mr分別為27×103(AmoA)、38×103(AmoB)和31.4×103(AmoC)。本次研究從氨氧化細(xì)菌關(guān)鍵酶的基因(amoA)表達(dá)入手，研究氨氧化細(xì)菌和氨氧化古菌的代謝活性，建立代謝活性和重金屬之間的相互關(guān)系，這對(duì)于建立土壤環(huán)境質(zhì)量的生物學(xué)評(píng)價(jià)方法具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 土壤重金屬的污染已經(jīng)成為世界各地重要的環(huán)境

3、問(wèn)題，主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)（如，施肥、污水灌溉、農(nóng)藥等）和工業(yè)生產(chǎn)（如金屬礦的開(kāi)采和冶煉等），使土壤的重金屬的含量達(dá)到原始土壤的幾倍甚至幾十倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了土壤環(huán)境的承載力，對(duì)動(dòng)物、植物和微生物產(chǎn)生很大危害，嚴(yán)重威脅到生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及人類的安全。本文根據(jù)前期研究結(jié)果，篩選出對(duì)土壤硝化速率敏感的重金屬銅和鎘進(jìn)行研究，供試土壤選用中國(guó)典型土壤之一（潮土，因?yàn)槌蓖涟毖趸汉拖趸贺S富，土壤肥沃，并且是重要的耕作土壤類型），研究不同濃度重金屬銅

4、、鎘對(duì)潮土潛在硝化速率的影響，還研究了這兩種重金屬對(duì)氨氧化菌群的影響，明確了重金屬與土壤氨氧化菌群相互作用關(guān)系。本文應(yīng)用了土壤DNA提取，RNA提取，實(shí)時(shí)熒光定量PCR等分子生物學(xué)手段，對(duì)土壤氨氧化細(xì)菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)amoA功能基因的數(shù)量進(jìn)行定量分析，以期闡明重金屬對(duì)潮土氨氧化菌群的作用機(jī)理，明確氨氧化菌群對(duì)重金屬污染的響應(yīng)機(jī)制，從而為重金屬污染的環(huán)境生物學(xué)評(píng)價(jià)方法的建立奠定基礎(chǔ)。
　　 本文的研究結(jié)果如下:<

5、br>　　 (1)重金屬Cu對(duì)供試土壤潛在硝化速率(PNR)的影響明顯，并達(dá)到顯著水平，隨著Cu濃度的增加，PNR逐漸降低。在誘導(dǎo)時(shí)間為56d時(shí)重金屬Cd對(duì)PNR表現(xiàn)為顯著的抑制。
　　 (2)在DNA水平上，潮土氨氧化細(xì)菌和氨氧化古菌amoA基因數(shù)量并未隨著重金屬銅離子濃度的增加而發(fā)生顯著變化，氨氧化古菌隨著鎘離子濃度增加發(fā)生顯著的變化。然而，氨氧化菌群在DNA水平上對(duì)重金屬的響應(yīng)并不敏感，需要的誘導(dǎo)時(shí)間更長(zhǎng)。因此，氨氧化菌

6、群amoADNA水平的變化不能實(shí)時(shí)反應(yīng)重金屬的污染程度。
　　 (3)在RNA水平上，潮土中氨氧化細(xì)菌和古菌在Cu脅迫時(shí)間為3d時(shí)，均隨著銅離子濃度增加而顯著的被抑制，氨氧化古菌在Cu濃度1200mgkg-1抑制作用明顯，而氨氧化細(xì)菌在Cu濃度100mgkg-1抑制作用明顯。由此說(shuō)明，氨氧化細(xì)菌對(duì)重金屬Cu更為敏感。氨氧化古菌和細(xì)菌amoA基因活性隨著Cd離子濃度增加，并沒(méi)有發(fā)生顯著的變化。因此，氨氧化菌群可以作為重金屬Cu污染