潮土中氨氧化菌群對重金屬銅和鎘的響應機制研究.pdf

1、硝化作用在全球氮循環(huán)過程中起著重要的作用，氨氧化過程是硝化作用的第一個反應步驟，也是整個過程的限速步驟和中心環(huán)節(jié)。氨氧化細菌和氨氧化古菌是整個自然界氨氧化作用的主要參與者。氨氧化細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含有氨單加氧酶(AMO)和含Cu的蛋白質來完成氨氧化過程。因此氨單加氧酶(AMO)是整個硝化反

2、應過程中的關鍵酶。氨單加氧酶(AMO)是由3個不同亞基組成的三聚體膜結合蛋白，3個亞基的分子量Mr分別為27×103(AmoA)、38×103(AmoB)和31.4×103(AmoC)。本次研究從氨氧化細菌關鍵酶的基因(amoA)表達入手，研究氨氧化細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系，這對于建立土壤環(huán)境質量的生物學評價方法具有重要的理論意義和應用價值。
　　 土壤重金屬的污染已經成為世界各地重要的環(huán)境

3、問題，主要來源于農業(yè)（如，施肥、污水灌溉、農藥等）和工業(yè)生產（如金屬礦的開采和冶煉等），使土壤的重金屬的含量達到原始土壤的幾倍甚至幾十倍，遠遠超出了土壤環(huán)境的承載力，對動物、植物和微生物產生很大危害，嚴重威脅到生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及人類的安全。本文根據前期研究結果，篩選出對土壤硝化速率敏感的重金屬銅和鎘進行研究，供試土壤選用中國典型土壤之一（潮土，因為潮土氨氧化菌群和硝化菌群豐富，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、、鎘對潮土潛在硝化速率的影響，還研究了這兩種重金屬對氨氧化菌群的影響，明確了重金屬與土壤氨氧化菌群相互作用關系。本文應用了土壤DNA提取，RNA提取，實時熒光定量PCR等分子生物學手段，對土壤氨氧化細菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)amoA功能基因的數量進行定量分析，以期闡明重金屬對潮土氨氧化菌群的作用機理，明確氨氧化菌群對重金屬污染的響應機制，從而為重金屬污染的環(huán)境生物學評價方法的建立奠定基礎。
　　 本文的研究結果如下:<

5、br>　　 (1)重金屬Cu對供試土壤潛在硝化速率(PNR)的影響明顯，并達到顯著水平，隨著Cu濃度的增加，PNR逐漸降低。在誘導時間為56d時重金屬Cd對PNR表現(xiàn)為顯著的抑制。
　　 (2)在DNA水平上，潮土氨氧化細菌和氨氧化古菌amoA基因數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水平上對重金屬的響應并不敏感，需要的誘導時間更長。因此，氨氧化菌

6、群amoADNA水平的變化不能實時反應重金屬的污染程度。
　　 (3)在RNA水平上，潮土中氨氧化細菌和古菌在Cu脅迫時間為3d時，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，而氨氧化細菌在Cu濃度100mgkg-1抑制作用明顯。由此說明，氨氧化細菌對重金屬Cu更為敏感。氨氧化古菌和細菌amoA基因活性隨著Cd離子濃度增加，并沒有發(fā)生顯著的變化。因此，氨氧化菌群可以作為重金屬Cu污染