一株嗜纖維菌科的好氧砷甲基化細菌sm-1及其應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境微生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一株嗜纖維菌科的好氧砷甲基化細菌 SM-1及其應用。
【背景技術(shù)】
[0002] 砷(As)是一種有毒有害的類金屬元素，同時也是一種可怕的致癌物。全世界大約 有超過100萬的人口受到了這種有害元素的毒害。近幾十年來，人類的生產(chǎn)活動如采礦、化 工冶煉、焚燒化石燃料等加劇了砷在水體、大氣、土壤環(huán)境中的傳播與擴散。東南亞地區(qū)，這 個以稻米為主要膳食的地區(qū)，稻田砷污染的情況與日劇增。稻田土壤中高濃度的砷含量不 僅會影響水稻的生長和產(chǎn)量;還會通過水稻的累積作用進入人體，對長期食用人群造成健 康危害，因而非常有必要在這些地區(qū)開展有效的稻田砷污染的修復和治理。
[0003] 傳統(tǒng)的物理、化學修復土壤砷污染的方法包括了混凝過濾、鐵化合物的交換吸附 等，這些方法雖然對砷的去除效率較高，但由于其使用費用昂貴，并會對需修復的土壤造成 二次破壞，使得它們在實際治理中難以被大規(guī)模地應用。相比而言，生物修復法有著無可比 擬的優(yōu)勢，不僅投資較少，并可直接進行原位修復，且不會造成二次污染，所以被認為是目 前最有前景的土壤污染修復手段之一。微生物修復法在生物修復法中占有舉足輕重的位 置。目前已有的修復土壤砷污染的微生物方法主要是通過投加具有砷氧化功能的微生物使 土壤中還原態(tài)的三價砷[As(m)]轉(zhuǎn)化為毒性更低的五價砷[As(V)]，由于As(V)會被土壤 大量的吸附，因而最終實現(xiàn)了降低土壤溶液中可利用砷總量的目的。然而，這種方法并不能 真正的實現(xiàn)凈化砷污染土壤的目的，因為（1)土壤中砷的總量并沒有發(fā)生改變；（2)As(V)的 毒性依然很高；（3)在水稻長期淹水生長過程中形成的As(V)在微生物的作用下將會被逐漸 的還原，又回復到毒性更強的As(m)，所以我們非常有必要尋找一種更有效、更可靠的微 生物修復方法來去除土壤中的砷污染。
[0004] 利用稻田土壤微生物的砷甲基化和揮發(fā)作用可以將還原態(tài)的As(III)轉(zhuǎn)化為毒性 比As(V)更低的有機砷類化合物-包括五價的單甲基砷[MMAs(V)]、五價的二甲基砷[DMAs (V)]和五價的三甲基砷氧化物[TMAs(V)0]，同時在該過程中也能產(chǎn)生砷化氫(AsH3)、二甲 基砷[DMAs (III )H]或三甲基砷[TMAs (III)]等揮發(fā)性氣體將砷帶離土壤本體，這一轉(zhuǎn)化過 程是全球砷循環(huán)的重要組成部分之一，同時也被視為土壤砷生物修復的另一希望。然而目 前已知的來源于稻田的砷甲基化微生物僅有兩株，一株是日本學者Masato Kuramata等分 離鑒定的Streptomyces sp.GSRB54;另一株是王佩佩等鑒定砷甲基化功能的一株來源于稻 田的硫酸鹽還原菌Clostridium sp.BXM。這兩株細菌雖然被證實都具有砷的甲基化能力， 研究人員也從它們各自體內(nèi)鑒定到了一個三價砷甲基轉(zhuǎn)移酶基因（arsM)，然而這兩株菌株 均不具備砷揮發(fā)的能力，都不能產(chǎn)生揮發(fā)性的胂化物將砷帶離土壤，并且這兩個菌株均未 開展相應的土壤培養(yǎng)實驗以證明其在土壤生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中的效果，因而它們很難被真正地 應用于稻田土壤砷污染的治理。
[0005] 先前的稻田土壤淹水培養(yǎng)實驗中，我們在實驗室條件下發(fā)現(xiàn)了一份具有明顯砷甲 基化能力的土壤，本發(fā)明就是從該份土壤中分離并鑒定到了一株具有超強砷甲基化和揮發(fā) 能力的微生物菌株，該菌株可以有效的應用于稻田土壤砷污染的治理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一株具有砷甲基化和揮發(fā)能力的嗜纖維菌科新屬新菌 Arsenicibacter palustris SM-1〇
[0007] 本發(fā)明的另一個目的在于提供該菌株在稻田砷污染治理中的應用示范。
[0008] 本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0009] 本發(fā)明分離、鑒定得到了一株具有超強砷甲基化和揮發(fā)能力的革蘭氏陰性細菌， 該菌株是嗜纖維科細菌（Cytophagaceae)的一株新屬新種，命名Arsenicibacter palustris SM-1，于2014年10月8日保藏在中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏號為：CCTCC M2014457。
[0010] (1)菌株的形態(tài)特征：
[0011] 采用常規(guī)的革蘭氏染色和電子顯微鏡觀察等手段來研究細菌的形態(tài)特征，研究結(jié) 果表明菌株SM-1為桿狀的革蘭氏陰性菌，不具有鞭毛，沒有游動性，細胞的大小為0.77_ 0.85 X 3.8-5μπι。在R2A培養(yǎng)基上培養(yǎng)2天后，菌落形態(tài)呈圓形，表面凸起，邊緣整齊，橘黃 色，此時菌落的大小(d)為1~2_。
[0012] (2)菌株的生理生化特性
[0013] 菌株SM-1好養(yǎng)條件下在LB培養(yǎng)基中不生長;在富集培養(yǎng)基中生長，但長勢較差;該 菌的最適培養(yǎng)基為R2A，該結(jié)果表明SM-1是一株好養(yǎng)的寡營養(yǎng)型細菌。該菌株能生長的溫度 范圍為15-45°(3^11為6-8，能耐受的鹽(似(：1)濃度范圍為0-0.5%。該菌的氧化酶活性為陰 性，接觸酶活性為陽性，用試劑條ID32GN鑒定后發(fā)現(xiàn)，在32種不同碳源中，該菌株只能利用 其中的7種(D-葡萄糖、水楊素、D-蜜二糖、N-乙酰葡萄糖胺、蔗糖、麥芽糖、糖原），其碳源利 用的底物譜比較狹窄。
[0014] (3)16S rRNA序列和系統(tǒng)發(fā)育分析
[0015] 首先使用CTAB法提取細菌總DNA，以該DNA為模板，采用通用引物F27和R1492PCR來 擴增獲得該菌株的16S rRNA基因，回收純化該1500bp左右的PCR產(chǎn)物，將其與載體PMD18T連 接后轉(zhuǎn)化進入大腸桿菌DH5a中，挑選陽性克隆子送測序公司進行測序，測回的序列輸入 NCBI中與其他16S rRNA基因序列進行Blast比對。比對結(jié)果顯示該菌株與嗜纖維素菌科的 所有細菌的同源性均小于88%，可以認為是嗜纖維素菌科的一株新屬新種。結(jié)合上述的生 理生化特性、16S rRNA序列的結(jié)果，該菌株應歸屬于嗜纖維素菌科，命名為Arsenicibacter palustris SM_l〇
[0016] 所述的保藏號為CCTCC NO:M2014457的嗜纖維科細菌SM-1在治理三價砷污染中的 應用。
[0017] 所述的保藏號為CCTCC N0:M2014457的嗜纖維科細菌SM-1在治理三價砷污染土壤 中的應用。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:提供了一株具有超強砷甲基化和揮 發(fā)能力的細菌菌株，該菌株可用于稻田土壤砷污染修復，最終減輕稻田砷污染的危害。
【附圖說明】
[0019]圖1:菌株SM-1的掃描電鏡圖片。
[0020]圖2:菌株SM-1的系統(tǒng)發(fā)育分析。
[0021]圖3:菌株SM-1對As(m)的轉(zhuǎn)化曲線圖。（A)R2A培養(yǎng)基中砷的形態(tài)變化；（B)揮發(fā) 性砷的含量變化圖。
[0022]圖4: 土壤溶液(A)和揮發(fā)物(B)中砷的形態(tài)和含量。
[0023]生物材料保藏信息
[0024] Arsenicibacter palustris SM-1保藏在中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏地址中 國武漢武漢大學，保藏日期2014年10月8日，保藏號為:CCTCC N0:M2014457。
【具體實施方式】：
[0025]實施例1: