還原脫氯微生物的生物固氮研究.pdf

1、大量人為及自然產(chǎn)生的氯代有機物被源源不斷地釋放到環(huán)境中，這些化合物大部分都是有毒的，并且在環(huán)境中不斷蓄積，它們的廣泛分布對人類公共健康和環(huán)境產(chǎn)生了潛在威脅。許多有機氯代物都能對抗好氧微生物的降解代謝，主要是由于氯位取代阻止了氧化酶的攻擊。幸運的是還原脫氯微生物在厭氧環(huán)境下，通過還原脫氯的方式來降解氯代污染物，厭氧的環(huán)境主要包括厭氧的土壤、地下水以及沉積的淤泥等，而由還原脫氯產(chǎn)生能量耦連代謝生長的過程稱為“脫氯呼吸”。根據(jù)微生物富集、碳同

2、位素分離以及分子生物學的研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)還原脫氯微生物在自然界中廣泛分布，暗示它們在生物修復和全球氯循環(huán)方面起著重要的作用。在國際上，研究含氯有機物在環(huán)境中的歸宿及生物降解已成為近年來微生物生態(tài)學及環(huán)境科學的重要方向。中國人口眾多，自然資源有限，環(huán)境生態(tài)問題尤為突出，環(huán)境質(zhì)量和人們的生存及可持續(xù)發(fā)展密切相關，因此，加強這些方面的研究已顯得刻不容緩。 生物固氮是在共生、聯(lián)合或自生固氮微生物的作用下，將空氣中的氮氣直接還原成氨的過程，

3、對生態(tài)平衡的維系、全球農(nóng)業(yè)以及全局性的氮循環(huán)方面影響重大。盡管在真核生物中沒有發(fā)現(xiàn)固氮現(xiàn)象，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的固氮微生物廣泛存在于細菌和古細菌中，揭示了固氮微生物的生物多樣性。這種重要的生理學特征在還原脫氯微生物中還尚未發(fā)現(xiàn)，根據(jù)三種還原脫氯細菌全基因組測序的結果，在 D．hafniense strain Y51 和 Dehalococcoides strain 195 中都發(fā)現(xiàn)了固氮相關的基因，而在 Dehalococcoides stra

4、in CBDB1 基因組中沒有發(fā)現(xiàn)固氮相關基因，本課題的研究任務就是找到還原脫氯微生物進行生物固氮的依據(jù)。 在厭氧脫氯微生物的作用下，有機氯代化合物可通過還原脫氯反應，轉化成無毒或低毒產(chǎn)物，還原脫氯細菌生態(tài)、生理以及遺傳學的重要進展揭示了它們在生物修復和全球的氯循環(huán)方面起著極其重要的環(huán)境學意義。目前通過富集、分離以及純化等手段已經(jīng)獲得了多種能進行純培養(yǎng)的還原脫氯微生物，而對這些還原脫氯微生物進行生物固氮的研究不僅有助于闡明其生理

5、、生化特性，揭示其在進化上的意義，而且有助于調(diào)節(jié)還原脫氯微生物治理污染環(huán)境中的功能。我們首次利用已分離純化的多種具有代表性的還原脫氯微生物為研究材料，在生理水平和分子水平來研究它們固氮活性，并通過對其在不同生長環(huán)境下固氮活性的檢測以及固氮基因表達的定性定量研究，闡明還原脫氯反應與固氮是否具有相關性，進而理解還原脫氯微生物的進化原理和固氮基因的來源。在我們的研究中，首次從生理學和分子生物學水平揭示了還原脫氯微生物進行固氮功能的依據(jù)，并發(fā)現(xiàn)

6、氯苯甲酸還原脫氯細菌和2-氯苯酚還原脫氯細菌在特定電子供體存在的情況下，固氮與還原脫氯之間呈現(xiàn)正相關，即固氮生長促進還原脫氯反應。同時在 Desulfovibrio dechloracetivorans SF<,3> 基因組中克隆到兩種 nifH基因同源體，這兩種 nifH 基因在不同的生長代謝方式下呈現(xiàn)表達差異。這些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為我們理解微生物在重要遺傳特性的協(xié)同進化和功能行使方面提供重要幫助，并為環(huán)境污染的原位修復治理開辟更廣泛、更高