微生物协同作用浸出底泥重金属的分子机制

本项目以用于重金属浸出的三种典型菌组成的单一、简单模式群落和湘江典型有色重金属污染底泥的土著微生物组成的复杂群落为研究对象。应用以Real Time-PCR、DGGE和基因芯片为主的群落基因分子分析手段，结合ICP、XRD等物化分析方法，通过对比研究单一、简单模式群落和复杂群落浸出体系中微生物种群在正常生理和环境胁迫下细胞、分子水平上相互影响和群落浸出功能分子的相互作用，以及它们对底泥的有机碳、氮、无机硫和重金属组成及其变化的物化环境参数的响应机制，解释微生物浸出底泥重金属协同作用的分子机理，形成底泥污染重金属浸出的微生物合理复配理论，优化与调控浸出菌群组合，不仅具有独特的微生物学和生态学理论意义，而且对解决底泥重金属生物淋滤浸出速度慢和浸出率低的难题具有很大的指导意义。

本项目按计划任务书，选择了重金属污染湘江部分河段底泥，进行了一系列的微生物协同浸出底泥重金属的研究，较好的完成了计划任务，取得的主要的研究结果如下：1.发现重金属污染影响了底泥土著微生物的生态特征，但是重金属污染与微生物多样性的改变并不是简单的负相关关系，最大的多样性指数出现在中度污染程度的样品中，而且特定的重金属种类影响了特定的微生物类群；基因芯片分析显示重金属污染没有显著影响整个微生物功能结构，但污染较重的位点具有更多的独特基因和较高的微生物功能多样性。2.发现微生物浸出底泥重金属时有大量的基因表达，涉及到碳循环，氮循环，硫循环和磷循环，金属抗性和毒性修复等过程，这些基因在同一浸出阶段彼此之间具有的重叠率要大于来自不同浸出阶段样品之间的覆盖率，特定重金属如锌、镉和汞等对浸出过程中微生物表达功能基因结构起着重要的作用，不同的细菌组合可以带来不同的功能基因的表达。3.建立了一系列不同组合菌高效浸出底泥重金属的种群配伍以及它们的影响规律，如利用化能自养菌和异养菌相结合方式的处理湘江株洲河段内重金属污染的底泥，对Zn，Cd和Cu等的浸出效果较好，浸出率分别为 95.3 %、84.4 %和90.1 %； 利用在异养菌协同自养菌菌并结合分批投加法的浸出方式能解除底泥样品高有机质的抑制影响和启动慢、浸出时间长的问题；利用A. ferrooxidans & L. Ferrooxidans、A. ferrooxidans & A. thiooxidans & L. Ferrooxidans 或者A. ferrooxidans & A. thiooxidans组合具有较快的酸化效果和较高的浸出效率；利用A. caldus和S. thermotolerans组合适合在较高的温度时进行浸出等等。4. 研究了这些细菌在浸出过程后期介导形成的硫酸羟基高铁化合物，分析了这些物质对重金属的吸附、络合和参与形成的作用机制以及对菌与金属硫化物的作用机理进行了拓展性的探索。 5. 项目执行期间在国际SCI收录学术刊物发表基金标注论文14篇，国内刊物4篇，申报国家发明专利4项，获得省级自然科学二等奖1项，在国内外会议作报告2次，后续还有多篇论文在整理投稿之中。 总之，比较出色地完成了基金的任务。