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微生物與重金屬之間的相互關系 報告人： 1.微生物的定義及其分類 2. 微生物對重金屬活性的影響 3. 重金屬脅迫條件下對微生物多樣性的影響 4. 目前研究中存在的問題 5. 該領域研究采用的新技術 6.結語  一、什么是微生物？ 1.病源微生物八大類 2.原核細胞型微生物 3.真核細胞型微生物 二、微生物對重金屬活性的影響 微生物對重金屬活性的影響主要是通過微生物對重金屬的 吸附、遷移及轉化來實現(xiàn)的。 1.微生物對重金屬的吸附：主要從下列三方面來研究 吸附機理； 吸附方式； 影響吸附量多少的因素。 吸附機理  兩大主要因素: pH、溫度 如白腐真菌(Phanerochaete chrysosporium)吸附Pb2+的研究表 明，28℃和35℃時的吸附率分別為95.62%和94.81%，但40℃ 時的吸附率降為82.49%。 如康春莉等發(fā)現(xiàn)在溫度低于30℃時，溫度對 Pb2+、Cd2+的吸附?jīng)]有影響；當溫度高30℃ 時，吸附量略有下降，這肯能是因為溫度過高 影響了胞外絡合物的活性導致的。 當溶液中存在其他金屬離子時，這些共存離子與主要離 子競爭細胞上有限的帶負電荷的基團，一般都會抑制主要 金屬離子的吸收，從而導致主要金屬離子的吸附量的減少。 土壤中微生物對重金屬的遷移轉化的影響機制 1. 通過烷基化、去烷基化、氧化、還原、配位和沉淀作用轉化重金屬，并影響它們的遷移能力和生物有效性 2.能大量富集幾乎所有的重金屬，并通過食物鏈進入人體，參與生物體內(nèi)的代謝過程 重金屬可與土壤中的有機配位體發(fā)生配合作用，影響 著土壤中重金屬離子的遷移活性。 ---- 腐殖質中的富里酸與重金屬離子形成的螯合物，溶解 度較大，易于在土壤中遷移。 ----腐殖質中的腐殖酸與重金屬形成的螯合物溶解度小， 不易在土壤中遷移。 pH值↑→重金屬離子的溶解度↓→遷移能力↓ 土壤的氧化還原狀況影響重金屬的存在形態(tài)，使其溶解 度發(fā)生變化，從而影響重金屬在土壤中的遷移。 微生物通過三種方式影響重金屬的遷移轉化: 1.主動與被動的堆積、在其體內(nèi)富集； 2.通過微生物的金屬轉化作用使重金屬的形態(tài)發(fā)生轉化； 3.通過影響重金屬的活性，實現(xiàn)不同金屬離子間的形態(tài)轉化。 如有些微生物可把難溶性的Pu4+還原成可溶性的Pu3+，把 Hg2+還原成揮發(fā)性的Hg，鐵錳氧化物的還原也可把吸附在難 溶性Fe3+、Mn4+氧化物上的重金屬釋放出來。 菌根是土壤中的真菌菌絲與高等植物營養(yǎng)根系形成的一種聯(lián) 合體，具有很強的酸溶和酶解能力，菌根根際分泌物及根際提供的 微生態(tài)使菌根根際維持較高的微生物種群密度和生理活性，從而促 進植物生長。 1）菌根真菌通過分泌特殊的分泌物等形式改變植物根際環(huán)境，改變重金屬的存在狀態(tài)，降低重金屬毒性； 3） 菌根真菌向宿主植物傳遞營養(yǎng)，使植物幼苗成活率提 高，宿主植物抗逆性增強、生長加快，間接地促進植物對重 金屬的修復作用。 菌根的形成也同時影響植物根際微生物的種類和數(shù)量。 值得注意的是： 一般認為，重金屬污染土壤中的土著菌根真菌耐 受重金屬能力較強，植物與菌根真菌生物修復的關 鍵在于篩選有較強降解能力的菌根真菌和適宜的共 生植物，使兩者能相互匹配形成有效的菌根。 三、重金屬脅迫下對微生物多樣性的影響 植物根系在重金屬的脅迫下，可導致分泌物的大量釋放 可溶性分泌物，如有機酸、氨基酸、單糖等，可通過螫合作用和還原作用，或通過改變根系區(qū)域的pH值和氧化還原狀況，增加重金屬的溶解性和移動性； 不溶性分泌物，如多糖、揮發(fā)性化合物，脫落的細胞組織等則在抵御重金屬的毒害作用中起著重要的作用。 1.重金屬污染對微生物群落多樣性的影響 微生物可以影響重金屬的活性，同樣重金屬在短時期內(nèi)可 以降低微生物的活性，污染嚴重時還會降低微生物的生物數(shù) 量。如圖所示分析模型1和模型2： 2.土壤重金屬污染對微生物功能多樣性的影響 （1）影響微生物對碳源的利用； （2）降低了微生物的代謝效率； （3）通過16SrDNA-DGGE分析重金屬影響微生物的生理結構，但是沒有對其遺傳多樣性構成顯著影響； （4）隨著重金屬污染程度的增加，細菌群落的代謝多樣性也逐漸降低。 16SrDNA-DGGE技術基本路線 一 樣品總DNA的提�。� 1 實驗器材：玻璃器材，鋁蓋，1.5mL離心管，螺口管，鋯珠，攪拌器，4℃離心機。 實驗試劑：PBS（0.05M，pH=7），水飽和酚，TE飽和酚，TN150，TE緩沖液，TAE緩沖液，NaAc (pH=5.2)，氯仿/異戊醇（24：1）（V/V），96%冷乙醇，70%冷乙醇。 3 實驗操作：細胞分裂、提取DNA 二、DNA的檢測—瓊脂糖凝膠電泳 1試劑和器材： 電泳緩沖液（1*TAE），溴乙錠（EB）染色 貯存液（1mg/mL），0.25%溴酚蘭，瓊脂糖，雙蒸水。電泳 儀，水平電泳槽，透射紫外燈，膠帶紙 。 2.實驗操作：1.2%瓊脂糖凝膠的制備、點樣、電泳 、觀察 三、16s rDNA片段擴增 1 細菌通用引物： EUB-968Gc for：5′CGC CCG GGG CGC GCC CCG GGC GGG GCG GGG GCA CGG GGG GAA CGC GAA GAA CCT TAC 3′ EUB-L1401 rev：5′ CGG TGT GTA CAA GAC CC 3 ′ 2 反應體系：反應液組成: 單個樣品量、 MQ、dNTP、MgCl2、PCR緩沖液、引物968Gc for、引物L1401 rev、Taq DNA聚合酶、樣品DNA 3、反應條件： 四 變性梯度凝膠電泳（DGGE） 1 實驗試劑及配量 ：100%的貯存液、0%的貯存液、緩沖液、固定液、銀染溶液、顯影劑 2 實驗操作：玻璃三明治的制備、膠的備制 、電泳 、染色、加固 3.土壤重金屬污染對微生物遺傳多樣性的影響 例如： Sandaa等學者通過斑點雜交發(fā)現(xiàn)，重金屬污染不同的兩 種土壤，微生物群落結構沒有顯著差異；但隨著重金屬濃度的 升高，用探針ALF1b、CF319a和LGCb分離的種群比例降低， BET42a、GAM42a、SRB385和HGC69a分離的種群比例增加 了；RFLP聚類分析顯示，污泥重金屬含量高的土壤中細菌多樣 性指數(shù)較高，而克隆文庫聚類分析得到相反的結果。 研究中存在的問題： 1. 共存金屬離子之間存在競爭吸附，但是有時出現(xiàn)協(xié)同作用，這種作用機制尚不清楚； 2. 研究中，可以通過增加EPS（胞外絡合物）的濃度提高吸附效率，但是當EPS達到最大吸附濃度時，提高吸附效率需要通過怎樣的手段需要進一步研究； 3. 由于EPS的多少隨著微生物的生長發(fā)育而變化，因此怎樣更好地控制微生物生長過程中的EPS需要更深的研究； 目前該領域的研究技術 目前重金屬污染已經(jīng)成為一個日益嚴重的環(huán)境問題，研究微生 物與重金屬之間的相互關系具有至關重要的作用，目前該領域研究 采用的技術主要有: 1.通過16srRNA的基因擴增后測序，從而判斷菌株的種類，通過高通量的方法來研究重金屬脅迫下對微生物的多樣性的影響。 2.以群 落水平碳 源 利用類 型 為基礎 的B1oLoG氧化還原技術來研究土壤微生物群落功能多樣性。 3.形態(tài)學分析技術：熒光顯微鏡 細胞結構分析：生物標記分子 （用高效氣相色譜定量分析） 4.分子生物學方法： 核酸探針檢測技術、引物擴增技術、電泳分離技術、微生物酶測定的方法（如蛋白酶、脲酶、 纖維素酶等活性測定方法）、 MAR-FISH（顯微放射自顯影—熒光原位雜交）， STAR-FISH（底物痕量自顯影—熒光原位雜交）， MICRO-FISH（顯微放射自顯影—熒光原位雜交）。 5.同步輻射X射線光譜技術分析研究重金屬的遷移轉化。 6.建立重金屬遷移轉化的分相及累積模型進行分析。 7.室內(nèi)培養(yǎng)、重金屬形態(tài)分級、吸附解吸實驗、室內(nèi)淋溶實驗及模擬模型等綜合研究方法。 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，重金屬對環(huán)境的污染日益加劇，而 生物修復技術為修復重金屬污染開辟了一個新的途徑。因此 研究微生物與重金屬之間的相互關系，弄清楚二者之間的關 系問題已成為為生物修復技術提供必要的理論基礎和可靠數(shù) 據(jù)的基石。x2U紅軟基地

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