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矿物开采导致地表水和地下水的污染,其原因主要是由于矿物的暴露,使得硫化物加速溶解导致金属离子含量丰富的酸性水的产生,这些污染水通常被称为酸性矿坑水(AMD)。酸性矿坑水通常含有高浓度的金属离子如铁,铜,锌,镁及非金属离子如硫,砷等。虽然AMD是一种高酸性,热的,含有高浓度的硫酸盐和有毒金属离子的极端环境,但是许多微生物生存在这种环境中,这些微生物的活动促进AMD的形成并导致环境污染。同时,AMD环境中生存的微生物对金属的生物浸出也具有重要的意义。金属浸出现在被认为是主要是由铁离子和质子执行浸出反应的一个化学过程。微生物的作用是产生浸出化学物质和为浸出反应发生提供空间,当微生物附着在矿物表面时能够产生胞外多聚物(EPS),生物氧化反应在EPS层比溶液中反应更为迅速有效,EPS层是生物氧化反应场所。因此,研究酸性矿坑水中的微生物群落结构及其功能活动具有重要的意义。本文利用16SrRNA和gyrB基因作为分子标记的RFLP技术对江西银山铅锌矿的微生物群落结构进行了研究,并比较了两种分子标记分析结果的差异,同时还利用本实验室构建的寡核苷酸基因芯片对江西德兴铜矿和银山铅锌矿的微生物群落结构及微生物功能活动以及环境变量对其产生的影响进行了研究。首先利用16S rRNA作为分子标记分析了银山铅锌矿中AMD样品的微生物群落结构。结果显示,所有的克隆都分布在7个不同的系统发育分支上(Cyanidium caldarium,Alpha-Proteobacteria,Gamma-Proteobacteria,Delta-Proteobacteria,Acidobacteria,Actinobacteria,Nitrospira),3个样点的微生物均存在较高的多样性,其中C.caldarium是一种能耐受高浓度金属离子的红藻,只存在于YSK1中,而Delta-Proteobacteria则只在YSK2中存在,而且在这个矿区的样品中只检测到少量的Acidithiobacillus ferrooxidans,通常这种细菌在AMD微生物群落中为优势种群,并且在YSK1中完全检测不到,这可能是由于受该样点的低pH值影响。化学分析结果显示YSK2和YSK3具有相似的环境因子但他们与YSK1具有较大的区别,系统发育分析结果表明YSK2和YSK3相对于YSK1具有更高的群落相似性,这一结果表明微生物群落结构受地理化学参数,特别是铁,硫浓度和pH值有较大影响。同时我们还发现3个样点中微生物群落结构的差异与其生存环境之间存在着一定的相关关系。进一步利用gyrB基因作为分子标记分析了银山铅锌矿AMD样品的微生物群落组成,并与16S rRNA的分析结果进行了比较。结果显示,两种分子标记分析的微生物群落结构在整体上的组成虽然很相似,但是以gyrB基因为分子标记从微生物群落中所发现的OTU数目(68个)明显高于16S rRNA为分子标记的OTU数量(52个),而且gyrB基因的多样性指数也明显高于16S rRNA的多样性指数。建立在AMD样品的系统发育树分析显示,gyrB基因代表了更高水平的遗传多样性。结果表明gyrB基因能够更好的区分一些16S rRNA无法辨别的近亲菌株,具有比16S rRNA更好的辨别力,其丰度更高,可能更适合于微生物群落的多样性分析。基因芯片技术因其独特的优势已被广泛应用于微生物群落结构与功能的研究中,本研究利用实验室自行构建并评估了的寡核苷酸基因芯片对德兴铜矿6个样点和银山铅锌矿3个样点的酸性浸矿水样品进行了分析。并使用除趋势对应分析(DCA),典范对应分析(CCA),偏典范对应分析(Partial CCA),Mantel测试等统计学方法来研究样品地球化学性质对微生物群落结构和功能活动的动力学影响,总共检测到373个16S rRNA和功能基因信号,对这些杂交结果的分析表明酸性矿坑水样品中存在着高度的多样性和异质性,其微生物群落主要由Acidithiobacillus ferrooxidans、Leptospirillum sp.、Acidithiobacillusthiooxidans、Acidothermus cellulolyticum、Thermoplasmataceaearchaeon、Sulfolobus sp.、Sulfobacillus sp.、Thiomonas sp.、Hydrogenobacter acidophilus、Alicyclobacillus herbarius、Acidianussp.、Actinobyces naeslundii、Microthrix parvicella、Acidobacteria、Desulfobibrio longus、Acidiphilum spp.、Holophaga sp.、Thermomicrobium roseum和Metallosphaera sp.等19个不同的种和属组成。统计学方法和基因聚类分析表明微生物群落结构和功能活动受环境变量(主要是pH,Fe,Ca,Cu和S)的高度影响,具有相似环境变量的样品也具有相似的微生物群落结构以及微生物功能活动。