重金屬對(duì)錦州灣海域表層沉積物異養(yǎng)細(xì)菌多樣性和代謝酶類的影響.pdf

1、近年來，工業(yè)源和人類生活源污染物產(chǎn)生不斷增多，近岸海域中來源于人類生產(chǎn)活動(dòng)的重金屬比例顯著升高。微生物是生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)物最重要的分解者和初始利用者，在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過程中發(fā)揮重要作用。外界自然條件的改變也會(huì)影響微生物菌群的生物多樣性與生理生化功能，在處于不利外部條件下，如高濃度重金屬等脅迫下，會(huì)改變微生物菌群的結(jié)構(gòu)和代謝過程，影響環(huán)境中微生物的生物多樣性結(jié)構(gòu)和菌群代謝功能;同時(shí)，微生物的這種改變?cè)谝欢ǔ潭壬弦材芊从抄h(huán)境重

2、金屬的污染水平。
　　本研究選擇我國(guó)重金屬污染最嚴(yán)重的海灣-錦州灣為研究區(qū)域，于2012年8月，由近岸海域向外海海域呈放射狀選取具有一定特點(diǎn)的9個(gè)站位，對(duì)其沉積物及沉積物中的微生物種類、數(shù)量和水解酶活性進(jìn)行分析與研究，揭示在重金屬脅迫環(huán)境下，沉積物中的微生物菌群結(jié)構(gòu)和代謝功能變化規(guī)律與重金屬分布特征的耦合關(guān)系，并闡明重金屬在微生物菌群結(jié)構(gòu)變化和代謝功能調(diào)整及抗重金屬性能產(chǎn)生過程中的作用機(jī)理，基于微生物方法解析沉積物中的重金屬污染的

3、生態(tài)效應(yīng)。本論文主要結(jié)論包括:
　　(1)錦州灣海域表層沉積物中重金屬Zn、Cu、Hg、Cd的含量具有明顯的空間分布特征，均表現(xiàn)為由西南部河口區(qū)向東北部外海海域逐漸減少，這表明錦州灣海域的重金屬污染是由陸源輸入的，且4種重金屬之間同源的可能性很大，具有相似的輸入來源和分布特征。大部分采樣站位沉積物中的重金屬含量超過了國(guó)家三類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，錦州灣海域是一個(gè)高重金屬污染的區(qū)域。采用Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)方法分析表明，單

4、項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大小順序?yàn)镠g＞Cd＞Cu＞Zn，Hg和Cd是錦州灣海域內(nèi)主要的重金屬污染因子，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)Hg和Cd污染物的管治。
　　(2)本次研究活化共得到異養(yǎng)菌242株，17個(gè)屬。其中革蘭氏陽(yáng)性菌99株，4個(gè)屬，占分離出的異養(yǎng)菌總數(shù)的40.91％;革蘭氏陰性菌143株，15個(gè)屬，占分離出的異養(yǎng)菌總數(shù)的59.09％。錦州灣海域表層沉積物中芽孢桿菌屬細(xì)菌最多，所占比例為24.79％，其次是發(fā)光桿菌，所占比例為19.42％，鐵細(xì)菌

5、和不動(dòng)桿菌屬細(xì)菌最少，所占比例為0.41％。在重金屬污染嚴(yán)重的西南部河口區(qū)，優(yōu)勢(shì)菌種為發(fā)光桿菌、芽孢桿菌和梭菌屬，而在重金屬污染較輕的東北部外海海域出現(xiàn)頻率最多的為芽孢桿菌、氣單胞菌和發(fā)光桿菌，兩個(gè)區(qū)域在優(yōu)勢(shì)菌種的組成上有相似性，但相互之間還是有所不同。西南部河口區(qū)表層沉積物中異養(yǎng)菌數(shù)量低于東北部外海海域，但是物種多樣性略高，說明異養(yǎng)細(xì)菌除受重金屬因素影響外，還與水和沉積物中其他指標(biāo)有關(guān)。
　　(3)總體上，重金屬脅迫下錦州灣海域

6、同一站位表層沉積物中異養(yǎng)菌的水解酶具有不同的活性表達(dá)，不同站位同屬異養(yǎng)菌的水解酶也具有不同的活性表達(dá)，具有低等活性水解酶的異養(yǎng)菌數(shù)量占多數(shù)。水解酶活性大小表現(xiàn)為:脂肪酶＞蛋白酶＞淀粉酶＞磷酸酶。
　　錦州灣海域表層沉積物中異養(yǎng)細(xì)菌水解酶活性表現(xiàn)為西南部河口區(qū)高于東北部外海海域，與重金屬Zn、Cu、Hg、Cd的含量分布趨勢(shì)基本相似。西南部河口區(qū)重金屬污染嚴(yán)重，長(zhǎng)期高濃度的重金屬污染，改變了錦州灣海域表層沉積物中的異養(yǎng)菌的生理代謝過程

7、，一些對(duì)重金屬敏感的菌株會(huì)逐漸產(chǎn)生適應(yīng)性，水解酶活性的增加是異養(yǎng)細(xì)菌在逆境下的適應(yīng)表現(xiàn)之一，可作為其對(duì)重金屬抗性的指標(biāo)。磷酸酶、蛋白酶、脂肪酶與重金屬含量之間存在顯著正相關(guān)性，對(duì)沉積物中的重金屬更為敏感，可作為反映重金屬污染狀況的靈敏性指標(biāo)，進(jìn)而反映錦州灣海域表層沉積物的環(huán)境質(zhì)量。
　　(4)錦州灣海域表層沉積物中異養(yǎng)細(xì)菌對(duì)重金屬Zn、Cu、Hg、Cd的抗性大小分布趨勢(shì)相似，在西南部河口區(qū)高于東北部外海海域，與沉積物中重金屬的含量

8、及Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)基本相似，這種趨勢(shì)表明錦州灣海域異養(yǎng)細(xì)菌的重金屬抗性與沉積物中重金屬的長(zhǎng)期積累有一定的關(guān)系。
　　錦州灣海域表層沉積物中抗性異養(yǎng)菌的數(shù)量西南部河口區(qū)明顯高于東北部外海海域。東北部海域重金屬含量低，對(duì)重金屬的抗性低，本研究中高濃度重金屬含量對(duì)該海域的異養(yǎng)細(xì)菌產(chǎn)生了短期的“觸殺”效應(yīng)，而西南部河口區(qū)沉積物中的重金屬污染是長(zhǎng)期積累的，在該區(qū)域存活的異養(yǎng)細(xì)菌在生理或遺傳物質(zhì)上必定對(duì)重金屬產(chǎn)生一定的抗性。本