微生物与重金属之间的相互关系

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物与重金属之间的相互关系具有至关重要的作用,目前该领域研究 采用的技术主要有: 1.通过16srRNA的基因扩增后测序,从而判断菌株的种类,通过高 通量的方法来研究重金属胁迫下对微生物的多样性的影响。 2.以群 落水平碳 源 利用类 型 为基础 的B1oLoG氧化还原技术来研 究土壤微生物群落功能多样性。
菌根真菌对重金属的影响
菌根是土壤中的真菌菌丝与高等植物营养根系形成的一种联
合体,具有很强的酸溶和酶解能力,菌根根际分泌物及根际提供的 微生态使菌根根际维持较高的微生物种群密度和生理活性,从而促 进植物生长。
1)菌根真菌通过分泌特殊的分泌物等形式改变植物根际
环境,改变重金属的存在状态,降低重金属毒性;
肠道细菌
放线菌
3.真核细胞型微生物
1.细胞核分化程度较高,有典 型的核结构(有核膜、核仁、 多个染色体,由DNA和组蛋 白组成);
2.通过有丝分裂进行繁殖;
真菌
3.胞浆内有多种完整的细胞器。
二、微生物对重金属活性的影响
微生物对重金属活性的影响主要是通过微生物对重金属的 吸附、迁移及转化来实现的。
研究中存在的问题:
1. 共存金属离子之间存在竞争吸附,但是有时出现协同作用,这 种作用机制尚不清楚;
2. 研究中,可以通过增加EPS(胞外络合物)的浓度提高吸附效率, 但是当EPS达到最大吸附浓度时,提高吸附效率需要通过怎样的 手段需要进一步研究; 3. 由于EPS的多少随着微生物的生长发育而变化,因此怎样更好地 控制微生物生长过程中的EPS需要更深的研究;
着土壤中重金属离子的迁移活性。
---- 腐殖质中的富里酸与重金属离子形成的螯合物,溶解 度较大,易于在土壤中迁移。
----腐殖质中的腐殖酸与重金属形成的螯合物溶解度小, 不易在土壤中迁移。
重金属化合物的溶解度越高→迁移能力越强

pH值↑→重金属离子的溶解度↓→迁移能力↓
土壤的氧化还原状况影响重金属的存在形态,使其溶解 度发生变化,从而影响重金属在土壤中的迁移。
微生物对重金属迁移转化的方式
微生物通过三种方式影响重金属的迁移转化:
1.主动与被动的堆积、在其体内富集; 2.通过微生物的金属转化作用使重金属的形态发生转化; 3.通过影响重金属的活性,实现不同金属离子间的形态转化。
如有些微生物可把难溶性的Pu4+还原成可溶性的Pu3+,把 Hg2+还原成挥发性的Hg,铁锰氧化物的还原也可把吸附在难 溶性Fe3+、Mn4+氧化物上的重金属释放出来。
4.研究中选择的微生物的数量还是有限的,有待于扩大多更 多微生物的研究; 5.多数研究者只是对重金属污染影响微生物多样性的作用进行 了现象描述,深层次的机理研究还相对缺乏,有必要从群落、个 体、分子、基因等不同层次开展相关研究。
目前该领域的研究技术
目前重金属污染已经成为一个日益严重的环境问题,研究微生
3 实验操作:细胞分裂、提取DNA
二、DNA的检测—琼脂糖凝胶电泳
1试剂和器材: 电泳缓冲液(1*TAE),溴乙锭(EB)染色 贮存液(1mg/mL),0.25%溴酚兰,琼脂糖,双蒸水。电泳 仪,水平电泳槽,透射紫外灯,胶带纸 。
2.实验操作:1.2%琼脂糖凝胶的制备、点样、电泳 、观察
三、16s rDNA片段扩增
5.同步辐射X射线光谱技术分析研究重金属的迁移转 化。 6.建立重金属迁移转化的分相及累积模型进行分析。 7.室内培养、重金属形态分级、吸附解吸实验、室内淋溶实
验及模拟模型等综合研究方法。
结语
随着社会经济的发展,重金属对环境的污染日益加剧,而 生物修复技术为修复重金属污染开辟了一个新的途径。因此 研究微生物与重金属之间的相互关系,弄清楚二者之间的关 系问题已成为为生物修复技术提供必要的理论基础和可靠数 据的基石。
如周东琴等研究用Cu2+,Pb2+和Hg2+ 3种离子对沟 戈登氏菌(Gordona amarae)进行诱导培养如图所示:
图表4、7 李清彪,吴涓,杨宏泉,等.白腐真菌菌丝球形成的物化条件及其对铅的吸附[J].环境科学,1999,20(1):34239·
从中可以得出若对微生物 吸附剂进行一些物 理、化学的预处理(如用 酸、碱浸泡或加热等方 法),可以不同程度改变 其吸附能力。
3、反应条件: 1、摸板热变性 2、摸板热变性 3、退火(复性) 4、延伸 5、延伸(postelongation) 5min 10s 20s 40s 7min 94℃ 94℃ 56℃ 68℃ 68℃ 35个循环
4 产物检测:1.2%琼脂糖凝胶电泳
四 变性梯度凝胶电泳(DGGE)
1 实验试剂及配量 :100%的贮存液、0%的贮存液、缓冲液、 固定液、银染溶液、显影剂 2 实验操作:玻璃三明治的制备、胶的备制 、电泳 、染色、 加固
一般认为,重金属污染土壤中的土著菌根真菌耐 受重金属能力较强,植物与菌根真菌生物修复的关 键在于筛选有较强降解能力的菌根真菌和适宜的共 生植物,使两者能相互匹配形成有效的菌根。
三、重金属胁迫下对微生物多样性的影响 植物根系在重金属的胁迫下,可导致分泌物的大量释放
– 可溶性分泌物,如有机酸、氨基酸、单糖等,可通过螫合作 用和还原作用,或通过改变根系区域的pH值和氧化还原状况, 增加重金属的溶解性和移动性;
1.病源微生物八大类
细菌 立克次体 真菌
衣原体
微生物
病毒
支原体 螺旋体
放线菌
非细胞型微生物
1.无细胞结构,结构最简单, 体积最微小,能通过细菌滤器;
2.由单一核(DNA或RNA)和 蛋白质外壳组成;
3.必须寄生在活的易感细胞内 生长繁殖。
H5N1禽流感病毒
• 2.原核细胞型微生物
•1.仅有原始核,无 核膜、无核仁,染 色体仅为单个; •2.缺乏完整的细胞 器。
– 不溶性分泌物,如多糖、挥发性化合物,脱落的细胞组织等 则在抵御重金属的毒害作用中起着重要的作用。
1.重金属污染对微生物群落多样性的影响
微生物可以影响重金属的活性,同样重金属在短时期内可 以降低微生物的活性,污染严重时还会降低微生物的生物数 量。如图所示分析模型1和模型2:
2.土壤重金属污染对微生物功能多样性的影响 (1)影响微生物对碳源的利用;
3.土壤重金属污染对微生物遗传多样性的影响
例如: Sandaa等学者通过斑点杂交发现,重金属污染不同的两 种土壤,微生物群落结构没有显著差异;但随着重金属浓度的 升高,用探针ALF1b、CF319a和LGCb分离的种群比例降低, BET42a、GAM42a、SRB385和HGC69a分离的种群比例增加 了;RFLP聚类分析显示,污泥重金属含量高的土壤中细菌多样 性指数较高,而克隆文库聚类分析得到相反的结果。
1.微生物对重金属的吸附:主要从下列三方面来研究
吸附机理; 吸附方式; 影响吸附量多少的因素。
活细胞 吸附
离子泵、载体协助、 脂类过度氧化和复合 物渗透
如革兰氏阳性细菌 (细胞壁的结构)
吸附机理
死细胞 真菌wenku.baidu.com细胞壁 吸附 (成分)
PH、温度适宜 的条件下
具有较 高的吸 附量
革兰氏染色类型
细胞壁厚 度 20-80nm
3.形态学分析技术:荧光显微镜 细胞结构分析:生物标记分子 (用高效气相色谱定量分析) 4.分子生物学方法: 核酸探针检测技术、引物扩增技术、电 泳分离技术、微生物酶测定的方法(如蛋白酶、脲酶、 纤维素酶等活性测定方法)、 MAR-FISH(显微放射自显影— 荧光原位杂交), STAR-FISH(底物痕量自显影—荧光原位杂交), MICRO-FISH(显微放射自显影—荧光原位杂交)。
2) 菌根真菌能影响菌根植物对重金属的积累和分配,使菌 根植物体内重金属积累量增加,提高植物的富集效果
3) 菌根真菌向宿主植物传递营养,使植物幼苗成活率提 高,宿主植物抗逆性增强、生长加快,间接地促进植物对重 金属的修复作用。
(4) 菌根的形成也同时影响植物根际微生物的种类和数量。
• 值得注意的是:
细胞壁化学组合 90%肽聚糖、10% 磷壁酸,不含或很 少含脂多糖
细胞壁结构中功能 团 表面功能团丰富如 羧基、羟基、磷酸 基等,等电点各异
菌毛
革兰氏阳性菌
很少有
革兰氏阴性菌
15-20nm
肽聚糖站细胞壁的 10%,不含磷壁酸
同上
细胞表面长 有菌毛成分 为菌毛蛋白, 疏水性
沈萍主编. 微生物学[M], 北京:高等教育出版社, 2000
PH值的影响
李清彪,吴涓,杨宏泉,等.白腐真菌菌丝球形成的物化条件及其对铅的吸附[J].环境科学,1999,20(1):34239·
温度的影响
如白腐真菌(Phanerochaete chrysosporium)吸附Pb2+的研究表 明,28℃和35℃时的吸附率分别为95.62%和94.81%,但40℃ 时的吸附率降为82.49%。
土壤中微生物对重金属的迁移转化的影响机制
1. 通过烷基化、去烷基化、氧化、还原、配位和沉淀作 用转化重金属,并影响它们的迁移能力和生物有效性
2.能大量富集几乎所有的重金属,并通过食物链进入人体, 参与生物体内的代谢过程
土壤中微生物对重金属的迁移转化

重金属可与土壤中的有机配位体发生配合作用,影响
微生物与重金属之间的相互关系
报告人:
主要内容

1.微生物的定义及其分类 2. 微生物对重金属活性的影响 3. 重金属胁迫条件下对微生物多样性的影响 4. 目前研究中存在的问题 5. 该领域研究采用的新技术 6.结语
一、什么是微生物?
微生物
非细胞性微生物
原核细胞型微生物 真核细胞型微生物
(2)降低了微生物的代谢效率; (3)通过16SrDNA-DGGE分析重金属影响微生物的生理结构,但 是没有对其遗传多样性构成显著影响; (4)随着重金属污染程度的增加,细菌群落的代谢多样性也逐渐 降低。
16SrDNA-DGGE技术基本路线
一 样品总DNA的提取:
1 实验器材:玻璃器材,铝盖,1.5mL离心管,螺口管,锆珠,搅 拌器,4℃离心机。 2 实验试剂:PBS(0.05M,pH=7),水饱和酚,TE饱和酚, TN150,TE缓冲液,TAE缓冲液,NaAc (pH=5.2),氯仿/异戊 醇(24:1)(V/V),96%冷乙醇,70%冷乙醇。
离子交换
离子与溶液 中离子
表面络合
细胞壁 结构
吸附重金属
两大主要因素: pH、温度
注意:如果是培养微生物
菌种的选取,溶液的配制,试验方法的应用,培养时间的 长短,吸附方法的采取,碱处理的过程都会使培养基中的碳 氮比、pH、温度产生变化,从而影响培养基中微生物对重 金属的吸附效果。
如下表是关于培养基中pH、温度等对重金属吸附效果的 分析
注意的是:在适宜菌体生长的温度范围内,温度对微生物吸 附重金属效率的影响不大。
如康春莉等发现在温度低于30℃时,温度对 Pb2+、Cd2+的吸附没有影响;当温度高30℃ 时,吸附量略有下降,这肯能是因为温度过高 影响了胞外络合物的活性导致的。
其它因素的影响: 当溶液中存在其他金属离子时,这些共存离子与主要离 子竞争细胞上有限的带负电荷的基团,一般都会抑制主要 金属离子的吸收,从而导致主要金属离子的吸附量的减少。
1 细菌通用引物: 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 反应体系:反应液组成: 单个样品量、 MQ、dNTP、MgCl2、 PCR缓冲液、引物968Gc for、引物L1401 rev、Taq DNA聚合 酶、样品DNA
目前常用于吸附重金属离子的微生物数量众多(表1)
孙嘉龙,李梅,曾德华 . 微生物对重金属的吸附、转化作用. 贵州农业科学,2007,35(5);147~150
孙嘉龙,李梅,曾德华 . 微生物对重金属的吸附、转化作用. 贵州农业科学,2007,35(5);147~150
吸附方式
静电吸附
(正负电荷吸附)
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