黔西南滥木厂铊矿区微生物富集铊的生物地球化学研究

铊(Thallium,Tl)是一种典型的毒害重金属元素。贵州省黔西南滥木厂地区是一大型汞铊矿床，开采历史已达300多年，遗留废矿渣甚多，铊的环境污染十分严重。本研究以该地区为研究对象，基于铊的环境化学行为的基础，拟以微生物富集铊的生物地球化学机理为研究目标，从(a)铊污染区的微生态效应、(b)微生物对铊的富集、转化机理、(c)超富集微生物种群的生物学特性等方面展开研究，阐明铊污染区微生物的分布特征，解析微生物对铊的迁移、富集规律。通过微生物菌株筛选、不同浓度梯度等实验，并运用亚细胞组分分离技术，借助分子生物学研究手段，揭示微生物对铊的耐受机理及超富集微生物菌株的分子生物学特性。本项目研究将极大的丰富铊的表生生物地球化学循环的认识，有望填补国内外在微生物超富集铊机理方面研究的不足，本项目的研究成果还将对铊污染地区土壤修复、污水处理等方面提供前期研究基础，具有积极的科学指导意义。

铊是一种有毒有害的重金属元素，已经引起了广泛的关注。本研究通过对黔西南铊矿区土壤和沉积物样品的菌株分离、铊高耐受性菌株的筛选、胞外吸附、富集、亚细胞水平区系分布、絮凝实验及ITS序列等实验研究分析，并结合铊的地球化学相关研究，较系统地阐述了真菌--铊的生物地球化学过程机理。.首先，与环境背景区相比，黔西南滥木厂铊矿区内的河流、土壤中铊的已有不同程度的积累，直接导致了当地微生物生物量在很大程度上的降低，微生物生物量与铊含量间有显著的负相关关系。研究区内的沉积物、土壤中的微生物区系结构和数量发生了明显变化，细菌、真菌及放线菌数量均出现显著降低，而且三大微生物对重金属污染的敏感性大小也不一样，即放线菌>细菌>真菌。从土壤样品中分离到的主要菌群仍为常见种属，如青霉属（Penicillium）、木霉属（Trichoderma）、拟青霉（Paecilomyces）等。. 通过初筛菌株的铊耐受性实验，在1000 mg/L水平筛选得到九株高耐受性菌株。吸附实验表明：微生物菌株对铊的吸附效率在4.63～16.89%，且随着环境中铊浓度的上升而降低;富集实验表明，九株菌株对铊的富集量随着铊处理浓度上升而降低，其影响趋势与对生物量的影响趋势基本一致，最高可达到7189 mg/kg，最大富集系数为7.2。.为进一步探究其富集机理，我们做了亚细胞水平上的铊分布实验，结果表明，铊的富集优先顺序为：细胞质>细胞壁>细胞器。亚细胞水平的区隔化作用是微生物对铊的主要耐受机制，细胞质是赋存铊的主要场所（53.83～79.45 %）。结合各亚细胞组分中常量元素与铊之间的相关性，并联系前人的研究，Tl+主要是通过细胞壁的Na+ -K+ ATPase和K+ -电位门通道进入细胞内的从而影响细胞的正常代谢的，而Ca2+的活化更有助于这一过程。.最后，通过对九株铊高耐受性菌株的ITS序列分析及其在Gene Bank中的BLAST比对结果表明，五株菌株同属于木霉属（Trichoderma），两株菌株同属于青霉属（Penicillium）。这表明这两类真菌对铊的适应性较强，为以后寻找铊高耐受性菌株及其资源化利用提供了理论基础。