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酸性矿坑废水微生物群落多样性及不同Fe～（3+）浓度下细菌群落变化的研究

作　者: 师舞阳
导　师: 杨宇
学　校: 中南大学
专　业: 微生物学
关键词: 酸性矿坑废水微生物群落演替脱有机硫菌筛选与鉴定
分类号: X751
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

生物冶金是利用微生物浸出硫化矿中铜、锌、铀、镍、钴等金属的一种方法。这个过程是通过一系列的生物和化学氧化使目标金属硫酸化，进而回收到金属。这种方法对空气产生的污染少，对地质构成的破坏小；但产生酸性矿坑废水(AMD：Acid Mine Drainage)污染水体。在AMD环境中存在广泛的自养、嗜酸的微生物。并且这些微生物的组成随着酸性矿坑水的地理化学特性随着地点、时间的改变而改变。AMD环境中的很多微生物都在脱除煤炭中无机硫得到了应用，但这些细菌不能有效的脱除煤炭中的无机硫。本研究对中国甘肃省深部铜矿三个样点的酸性矿坑废水进行了生物群落分析。并且在实验室条件下对来自中国江西省德兴铜矿两个样点生物群落在不同三价铁浓度下的演替进行了研究。同时从中原油田石油污染土壤中筛的一株有机硫脱除菌。使用核糖体DNA酶切分析(ARDRA：Amplified Ribosomal DNARestriction Analysis)技术，分析了深部铜矿三个AMD样点的微生物的多样性和群落结构。序列以及系统发育分析表明，在样品JYC-1中两个主要的克隆子与Acidithiobacillus ferrooxidans(γ-Proteobacteria)具有最近的亲缘关系，它们占整个JYC-1文库的69.5％；而样品JYC-2和JYC-3中优势菌群为Caulobacter crescentus(α-Protebacteria)。在细菌分类的水平上，三个不同物理化学性质的样品中细菌的系统发育亲缘关系聚类的差异表明样点的物理化学性质对AMD环境中系统发育多样性存在较大的影响。另外物理化学性质差异以及细菌群落的差异的联系表明pH值和金属离子浓度可能是细菌群落结构的主要因素。同样利用ARDRA技术对不同三价铁离子浓度下微生物群落的变化进行了分析。结果表明细菌的生长受到三价铁离子浓度的影响。当三价铁离子浓度超过1.4g／L时细菌群落的生长受到抑制，并且当三价铁离子浓度越高细菌的生长受到的抑制越严重。但当加入少量三价铁离子浓度是，细菌的生长得到了促进。系统发育分析表明在不同三价铁离子浓度的培养条件下，优势菌群的差异明显。在无三价铁离子的培养条件下，优势菌群为At．ferrooxidans；而在高浓度的三价铁(2.8g／L)培养条件下，优势菌群为Leptospirillum相似细菌。这两种细菌都可以利用二价铁作为能源并氧化，但在较高浓度的三价铁离子条件下Leptospirillum竞争抑制At．ferrooxidans的生长以及对亚铁的氧化。不同三价铁离子浓度下微生物群落的变化和在AMD环境中的情况非常相似；在较高的三价铁离子浓度是，优势菌为Leptospirillum，相对的在较低浓度或者无三价铁离子的情况下优势菌为At．ferrooxidans。同时，从中原油田石油污染土壤中分离到一株具有可降解有机硫的菌株，命名为Arthrobacter ZYX。该菌株为革兰氏阳性，无运动性，专性好氧菌；生长过程中经历杆状—球状的形态学改变，并在LB固体培养基上形成直径约1.5mm的光滑淡黄色菌落。通过16S核糖体DNA序列分析，发现该菌与Arthrobacter sp．有最近的亲缘关系。另外生态学以及生理生化研究表明该菌与Arthrobacter亦极为相似。实验表明该菌株可以广泛的利用各种能源，可以煤炭作为唯一的硫源。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
Chapter 1 Introductions  11-29
  1.1 Acid mine drainage(AMD)  11-17
    1.1.1 Occurrence of AMD  11-12
    1.1.2 Microbial diversity of AMD  12-15
    1.1.3 Current tools of the microbial composition in acid mine drainage  15-17
    1.1.4 Outlook of AMD  17
  1.2 Desulphurization of organic sulfur of coal  17-27
    1.2.1 Development of degrading of organic sulfur  18-20
    1.2.2 The occurrence of organic sulfur in coal  20-22
    1.2.3 The desulphurization research of model compound DBT  22-23
    1.2.4 Enzymology and molecular biochemistry study on biodesulphurization  23-26
    1.2.5 The factors affecting the biodesulphurization  26-27
  1.3 The significance and research content of this study  27-29
    1.3.1 The aim and significance of this study  27-28
    1.3.2 The content of this study  28-29
Chapter 2 Diversity of microbial community in Acid Mine Drainage from Shen-bu Copper Mine, Gansu province, China  29-47
  2.1 Method and materials  29-34
    2.1.1 Sample collection and physicochemical analyses  29
    2.1.2 ARDRA method  29-30
    2.1.3 Genomic DNA preparations  30
    2.1.4 16S rDNA amplification and cloning  30-31
    2.1.5 Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis(ARDRA)  31-32
    2.1.6 16S rDNA Sequencing and phylogenetic analysis  32
    2.1.7 Statistical method  32-34
  2.2 Results  34-43
    2.2.1 Physical-chemical properties of three AMD samples  34-35
    2.2.2 Amplified ribosomal DNA restriction analysis(ARDRA)  35-36
    2.2.3 Statistical analysis  36-37
    2.2.4 Sequence data and phylogenetic analysis of 16S rDNA sequences for bacteria  37-41
    2.2.5 Sequence data and phylogenetic analysis of 16S rDNA sequences for Archaea  41-43
  2.3 Discussion  43-47
    2.3.1 Bacteria  43-45
    2.3.2 Archaea  45-47
Chapter 3 The succession of AMD niche by Fe~(3+) stress in different concentration  47-54
  3.1 Method and materials  47-48
    3.1.1 Sample collection  47
    3.1.2 Culture condition  47
    3.1.3 Growth rate and ferrous iron oxidation  47-48
    3.1.4 ARDRA method and Statistical method  48
  3.2 Results  48-51
    3.2.1 The growth of cells at different concentration of Fe~(3+)  48-49
    3.2.2 ARDRA pattern and phylogenetic analyses  49-51
  3.3 Discussion  51-54
Chapter 4 The application of microorganism in biodesulphurization  54-66
  4.1 Method and materials  54-59
    4.1.1 Bacteria source and culture media  54-55
    4.1.2 Enrichment culture and strain purification  55
    4.1.3 Analytical methods  55-57
    4.1.4 Strain characterization  57
    4.1.5 Studies on growth conditions  57-59
  4.2 Results and discussion  59-64
    4.2.1 Isolation and characterization  59-61
    4.2.2 Studies on growth conditions of strain ZYX  61-64
  4.3 An overview of strain ZYX  64-66
Chapter 5 Conclusions  66-67
Reference  67-75
Acknowledgements  75-76
Main achievements  76

酸性矿坑废水微生物群落多样性及不同Fe～（3+）浓度下细菌群落变化的研究

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