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厌氧微生物修复多氯联苯污染:中美对比

时间:2023-11-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了更好地理解微生物群落结构的差异,我们选取了表层沉积物和100~105 cm段以及位于沉积物柱底部的210~215 cm 段共三个沉积物样品进行16S rRNA 基因克隆文库研究,获得的克隆子分别有88、81 和81 个。对每个克隆文库用稀释曲线法在97%、95%和90%的序列相似度下进行饱和度分析,结果显示克隆文库可以充分代表科水平上的多样性。值得注意的是,每个克隆文库中仅有一个克隆子属于Chloroflexi 门。

厌氧微生物修复多氯联苯污染:中美对比

由于Bacteria 的DGGE 图谱显示沉积物柱的上半部分和下半部分有显著差异。且上半部分沉积物主要是流水壅塞带来的,下半部分的沉积物才属于未受扰动的天然沉积物。多氯联苯化学分析发现,上半部分的100~105 cm段多氯联苯总浓度只有14.0 mg/kg,但是脱氯的相对程度却比下半部分的沉积物样品还要高。为了更好地理解微生物群落结构的差异,我们选取了表层沉积物(Grasse grab)和100~105 cm段以及位于沉积物柱底部的210~215 cm 段共三个沉积物样品进行16S rRNA 基因克隆文库研究,获得的克隆子分别有88、81 和81 个(GeneBank Accession No.JQ968694 到JQ968943)。对每个克隆文库用稀释曲线法在97%、95%和90%的序列相似度下进行饱和度分析,结果显示克隆文库可以充分代表科水平上的多样性(90%相同)。因而,我们的结果以科上级的门和亚门水平的组成进行展示。图2.5 为三个所选沉积物样品门水平上的群落百分比组成图。如图所示,100~105 cm 和210~215 cm样品中变形菌门(Proteobacteria)所占的比例非常大,分别达到60.5%和79.0%,其中又以β-proteobacteria 为主(39.5%和67.9%),而拟杆菌门(Bacteroidetes)仅占11.1%和4.9%;表层沉积物中Proteobacteria、β-proteobacteria 和Bacteroidetes 分别占到31.8%、6.8%和21.6%。β-proteobacteria 所占的百分比随深度而增加,而Bacteroidetes,γ-proteobacteria、δ-proteobacteria 以及其他菌所占的比例随深度而降低。研究发现Proteobacteria 是脱氯中普遍大量存在的菌门[117,118]。Bedard 等[117]的研究显示,α-proteobacteria、β-proteobacteria 和γproteobacteria 中均无脱氯菌,只有δ-proteobacteria 中的几个菌种和脱卤呼吸作用相关。值得注意的是,在本研究中,表层沉积物中δ-proteobacteria(13.6%)的比例比100~105 cm和210~215 cm 样品都要高,而且其中的三分之一的克隆子属于Geobacter,一个和铁还原、硫还原以及脱氯密切相关的属[119,120]。表层沉积物中δ-proteobacteria较为丰富可能是由于该处处于有氧状态,可以利用的三价铁和其他高价态金属较多。

图2.5 表层沉积物、100~105 cm 段和210~215 cm 段的细菌群落百分比组成

我们从NCBI 序列数据库中分析对比了每个克隆子最相似的序列及其分离来源,发现100~105 cm 样品中26%的克隆子和210~215 cm 样品中36%的克隆子在属水平上和数据库中来自有脱氯活性的土壤和沉积物的克隆子一致,这个数字在表层沉积物中只有2.2%。该结果同样说明脱氯相关微生物随着沉积物深度(沉积龄)的增加和/或多氯联苯浓度的增加有富集的现象,也就是说多氯联苯脱氯逐渐成为沉积龄长和/或多氯联苯水平高的沉积物中的重要微生物代谢活动。

值得注意的是,每个克隆文库中仅有一个克隆子属于Chloroflexi 门。我们把三个从格拉斯河沉积物中获得的Chloroflexi 克隆子和已知的属于Chloroflexi 的多氯联苯脱氯菌用ClustalX 软件进行序列比对和系统进化树的构建并用TreeView 程序进行了调整[121,122](图2.6)。三个本研究中发现Chloroflexi 克隆子彼此相关(Ⅲ),但和脱氯菌Dehalococcoides(Ⅰ),o-17/DF-1(Ⅱ)、Dehalogenimonas lykanthroporepellens(Ⅲ)均有不同。(www.xing528.com)

图2.6 中分子节点上的数字为步长值(Bootstrap values),即在进行1 000次建树过程中有大于500 次(频率>50%)这个分支内的序列在进化速度上相似。比例尺表示10%的基因序列差异。外群选择的是菌株Desulfitobacterium chlororespirans。Ⅰ:Dehalococcoides 菌株;Ⅱ:o-17/DF-1 进化枝;Ⅲ:Dehalogenimonas lykanthroporepellens 菌株;Ⅳ:厌氧光合细菌Chloroflexus 和Roseiflexus spp.;Ⅴ:厌氧丝状嗜热菌Caldilinea spp.;Ⅵ:本研究发现的Chloroflexi 克隆子和与之相似的其他脱氯研究中发现的克隆子;Ⅶ:丝状嗜热菌Anaerolinea spp.。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ为脱氯Chloroflexi。Ⅰ包含了典型的Dehalococcoides strains CBDB1,DEH10 和D.ethenogenes strain 195;Ⅱ代表o-17/DF-1 进化枝,其中克隆子m-1 的部分和SF-1、OUT-1 一致,和o-17 相似度大于99%。

图2.6 基于最大简约法的系统进化树所显示的格拉斯河表层沉积物、100~105 cm 段和210~215 cm 段中三个代表性克隆子Gra-BAC019,100-BAC064,210-BAC005 的16S rRNA 基因序列与此前发现的相关细菌之间的关系

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