趨磁細(xì)菌MG-1的分離及其特性研究.pdf

1、趨磁細(xì)菌代表著一群在自然生境中能夠沿著地磁場線被動(dòng)定向并主動(dòng)游移的原核微生物。趨磁細(xì)菌體內(nèi)都能合成有鏈狀排列的納米級鐵磁性礦物晶體的磁小體，但是它們相互間在形態(tài)學(xué)、生理學(xué)及系統(tǒng)進(jìn)化上卻各不相同。 趨磁細(xì)菌對氧濃度梯度以及化學(xué)條件要求非?？量?，因此難于分離培養(yǎng)，迄今分離并純培養(yǎng)出的趨磁細(xì)菌只有很少一些種類，且都是專性微好氧菌、專性厭氧菌、和兼性厭氧/微好氧菌。由于趨磁細(xì)菌難以培養(yǎng)，致使大多數(shù)趨磁細(xì)菌還未建立起有效的遺傳體系，趨磁細(xì)

2、菌合成磁小體的相關(guān)基因、酶蛋白以及合成機(jī)制仍不清楚。因此對趨磁細(xì)菌的分離培養(yǎng)研究還有待完善，磁小體的分離純化以及應(yīng)用研究也有待深入。本項(xiàng)研究的目的是分離純化出趨磁細(xì)菌，并篩選出易于培養(yǎng)、合成磁小體數(shù)目較多的高效菌株，在實(shí)驗(yàn)室條件下研究合成磁小體的最佳培養(yǎng)條件以及磁小體提取純化技術(shù)，為將來開展進(jìn)一步的研究與應(yīng)用工作奠定良好的基礎(chǔ)。 作者設(shè)計(jì)出“趨磁細(xì)菌收集器”，采用該裝置對黃土中的古土壤樣品進(jìn)行富集培養(yǎng)，再用常規(guī)手段分離并培養(yǎng)出多

3、種形態(tài)的趨磁細(xì)菌10余株，通過劃線分離，純化出兩株含有2～8顆電子致密顆粒的耐氧的磁敏感細(xì)菌，分別命名為MG-1和MG-2。16S rDNA序列分析表明，MG-1屬于Acinetobacter屬，與大部分趨磁細(xì)菌同屬于α-Proteobacteria 亞門；MG-2屬于Bacilhts屬，屬于 γ-Proteobacteria亞門。 透射電鏡(TEM)觀察顯示MG-1菌株體內(nèi)含有8顆左右電子致密顆粒，截面呈規(guī)則的近圓形、粒徑大小

4、約80nm，基本沿菌體縱軸呈鏈狀排列；EDXA能譜分析顯示MG-1菌體電子致密顆粒區(qū)域的Fe含量高達(dá)10.23％，約是菌體無電子致密顆粒區(qū)域的24倍；菌株MG-1在無鐵條件下培養(yǎng)時(shí)，胞內(nèi)無電子致密顆粒形成；在半固體培養(yǎng)基中生長，MG-1菌體可沿外加磁場向S極一側(cè)移動(dòng)；固體平板培養(yǎng)的MG-1純菌體干燥物可以被磁鐵吸附；對MG-1菌體進(jìn)行磁熱重分析(M-TGA)，結(jié)果表明MG-1菌體內(nèi)存在著鐵磁性物質(zhì)，其居里溫度為95.82℃，因此是一種新

5、型磁性物質(zhì)；MG．1菌體經(jīng)過培養(yǎng)后，離心干燥的菌體以1：7的比例加入低磁化率的黃土可明顯提高黃土磁化率，平均增幅達(dá)16.13％。接種MG-1菌懸液至古土壤樣品中生長培養(yǎng)后，古土壤磁化率隨MG-1的接種量增加而增大，意味著在漫長的地質(zhì)時(shí)期中，趨磁細(xì)菌合成的磁小體是古土壤磁化率增強(qiáng)機(jī)制中不可忽略的一部分。對樣品中磁性礦物進(jìn)行磁選，并通過激光粒度分析測試儀測定磁性礦物顆粒的粒度分布，結(jié)果可知實(shí)驗(yàn)組中的磁性礦物平均粒徑較對照組有明顯減小，表現(xiàn)在

6、SD、PSD磁性礦物顆粒的增加以及MD磁性礦物顆粒的減少。因此可以推測趨磁細(xì)菌MG-1提高黃土一古土壤磁化率的作用機(jī)制從粒徑依存性角度講有兩個(gè)方面：①趨磁細(xì)菌MG-1礦化合成的次生磁性礦物(磁小體)增加了樣品中高磁化率的SSD磁性礦物顆?；鶖?shù)；②趨磁細(xì)菌MG-1生長與磁小體合成需要大量吸收胞外的游離鐵離子，推測MG-1能產(chǎn)生胞外酶系或代謝產(chǎn)物降解環(huán)境中的原生磁性礦物，這使得部分MD、PSD、SSD原生磁性礦物晶體減小至更小的磁疇晶體，從

7、而增強(qiáng)了磁化率。以上結(jié)果證明了菌株MG-1具有趨磁細(xì)菌的典型特征(合成有鏈狀排列的納米級電子致密磁小體、具有趨磁性、及磁性)。 通過正交實(shí)驗(yàn)確立了趨磁細(xì)菌MG-1菌體生長和磁小體合成的最適培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件。 采用自行設(shè)計(jì)的“磁小體垂直磁選裝置”，結(jié)合French Pressure高壓破碎、高速離心等方法，成功地提取純化出較為純凈、具有完整生物膜的磁小體。 本項(xiàng)研究為趨磁細(xì)菌的研究與利用提供了較好的基礎(chǔ)，對同類研究工作有