微生物——铊相互作用的生物地球化学研究——以真菌（Fungus）为例

铊是一种有毒有害的重金属元素，已经引起了广泛的关注。本论文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，得出以下结论： 1、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。 2、经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，这可能是因为铊浓度的升高加大了对微生物生长的抑制作用，所形成的菌丝体（或菌丝球）减少，表面积也相应减少，从而导致了吸附效率的下降。各种常量元素和铊的关系呈显著相关性，钙、钾和钠等常量元素也是微生物赖以维持生存的因子，可能由于微生物细胞对钙、钾的吸附方式与对铊的吸附方式类似。因此，随着铊处理浓度的上升，钙和钾的吸附量也随之减少，而钠则呈现相反的趋势。 3、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。九株菌株对常量元素的富集与对铊的富集并无明显的相关性，但在考察铊处理浓度对常量元素的富集影响时发现，铊处理浓度的上升与对钙的富集量表现出较强的正相关；而对钾、钠、镁的富集影响并不明显。 4、亚细胞水平上的铊分布研究表明，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。 5、絮凝实验表明，培养三天后的发酵液对矿区废水中铊的去除率最高可达到70.49 %，最佳影响因子组合为：pH=8，温度为16℃，搅拌时间为4分钟。菌株的絮凝活性最高可达到57.32%，最佳影响因子组合为：pH=8，温度为14℃，搅拌时间为4分钟。 6、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。