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，這些微生物的活動促進(jìn)AMD的形成并導(dǎo)致環(huán)境污染。同時，AMD環(huán)境中生存的微生物對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)的一個化學(xué)過程。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，同時還利用本實驗室構(gòu)建的寡核苷酸基因芯片對江西德興銅礦和銀山鉛鋅礦的微生物群落結(jié)構(gòu)及微生物功能活動以及環(huán)境變量對其產(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個樣點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，而且在這個礦區(qū)的樣品中只檢測到少量的Acidithiobacillus ferrooxidans，通常這種細(xì)菌在AMD微生物群落中為優(yōu)勢

5、種群，并且在YSK1中完全檢測不到，這可能是由于受該樣點的低pH值影響。化學(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。同時我們還發(fā)現(xiàn)3個樣點中微生物群落結(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基因為分子標(biāo)記從微生物群落中所發(fā)現(xiàn)的OTU數(shù)目(68個)明顯高于16S rRNA為分子標(biāo)記的OTU數(shù)量(52個)，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)因其獨特的優(yōu)勢已被廣泛應(yīng)用于微生物群落結(jié)構(gòu)與功能的研究中，本研究利用實驗室自行構(gòu)建并評估了的寡核苷酸基因芯片對德興銅礦6個樣點和銀山鉛鋅礦3個樣點的酸性浸礦水樣品進(jìn)行了分析。并使用除趨勢對應(yīng)分析(DCA)，典范對應(yīng)分析(CCA)，偏典范對應(yīng)分析(Partial CCA)，Mantel測試

8、等統(tǒng)計學(xué)方法來研究樣品地球化學(xué)性質(zhì)對微生物群落結(jié)構(gòu)和功能活動的動力學(xué)影響，總共檢測到373個16S rRNA和功能基因信號，對這些雜交結(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