重金屬對錦州灣海域表層沉積物異養(yǎng)細菌多樣性和代謝酶類的影響.pdf

1、近年來，工業(yè)源和人類生活源污染物產(chǎn)生不斷增多，近岸海域中來源于人類生產(chǎn)活動的重金屬比例顯著升高。微生物是生態(tài)系統(tǒng)中有機物最重要的分解者和初始利用者，在整個生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)和能量流動過程中發(fā)揮重要作用。外界自然條件的改變也會影響微生物菌群的生物多樣性與生理生化功能，在處于不利外部條件下，如高濃度重金屬等脅迫下，會改變微生物菌群的結構和代謝過程，影響環(huán)境中微生物的生物多樣性結構和菌群代謝功能;同時，微生物的這種改變在一定程度上也能反映環(huán)境重

2、金屬的污染水平。
　　本研究選擇我國重金屬污染最嚴重的海灣-錦州灣為研究區(qū)域，于2012年8月，由近岸海域向外海海域呈放射狀選取具有一定特點的9個站位，對其沉積物及沉積物中的微生物種類、數(shù)量和水解酶活性進行分析與研究，揭示在重金屬脅迫環(huán)境下，沉積物中的微生物菌群結構和代謝功能變化規(guī)律與重金屬分布特征的耦合關系，并闡明重金屬在微生物菌群結構變化和代謝功能調整及抗重金屬性能產(chǎn)生過程中的作用機理，基于微生物方法解析沉積物中的重金屬污染的

3、生態(tài)效應。本論文主要結論包括:
　　(1)錦州灣海域表層沉積物中重金屬Zn、Cu、Hg、Cd的含量具有明顯的空間分布特征，均表現(xiàn)為由西南部河口區(qū)向東北部外海海域逐漸減少，這表明錦州灣海域的重金屬污染是由陸源輸入的，且4種重金屬之間同源的可能性很大，具有相似的輸入來源和分布特征。大部分采樣站位沉積物中的重金屬含量超過了國家三類沉積物質量標準，錦州灣海域是一個高重金屬污染的區(qū)域。采用Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)評價方法分析表明，單

4、項潛在生態(tài)風險指數(shù)大小順序為Hg＞Cd＞Cu＞Zn，Hg和Cd是錦州灣海域內主要的重金屬污染因子，應加強對Hg和Cd污染物的管治。
　　(2)本次研究活化共得到異養(yǎng)菌242株，17個屬。其中革蘭氏陽性菌99株，4個屬，占分離出的異養(yǎng)菌總數(shù)的40.91％;革蘭氏陰性菌143株，15個屬，占分離出的異養(yǎng)菌總數(shù)的59.09％。錦州灣海域表層沉積物中芽孢桿菌屬細菌最多，所占比例為24.79％，其次是發(fā)光桿菌，所占比例為19.42％，鐵細菌

5、和不動桿菌屬細菌最少，所占比例為0.41％。在重金屬污染嚴重的西南部河口區(qū)，優(yōu)勢菌種為發(fā)光桿菌、芽孢桿菌和梭菌屬，而在重金屬污染較輕的東北部外海海域出現(xiàn)頻率最多的為芽孢桿菌、氣單胞菌和發(fā)光桿菌，兩個區(qū)域在優(yōu)勢菌種的組成上有相似性，但相互之間還是有所不同。西南部河口區(qū)表層沉積物中異養(yǎng)菌數(shù)量低于東北部外海海域，但是物種多樣性略高，說明異養(yǎng)細菌除受重金屬因素影響外，還與水和沉積物中其他指標有關。
　　(3)總體上，重金屬脅迫下錦州灣海域

6、同一站位表層沉積物中異養(yǎng)菌的水解酶具有不同的活性表達，不同站位同屬異養(yǎng)菌的水解酶也具有不同的活性表達，具有低等活性水解酶的異養(yǎng)菌數(shù)量占多數(shù)。水解酶活性大小表現(xiàn)為:脂肪酶＞蛋白酶＞淀粉酶＞磷酸酶。
　　錦州灣海域表層沉積物中異養(yǎng)細菌水解酶活性表現(xiàn)為西南部河口區(qū)高于東北部外海海域，與重金屬Zn、Cu、Hg、Cd的含量分布趨勢基本相似。西南部河口區(qū)重金屬污染嚴重，長期高濃度的重金屬污染，改變了錦州灣海域表層沉積物中的異養(yǎng)菌的生理代謝過程

7、，一些對重金屬敏感的菌株會逐漸產(chǎn)生適應性，水解酶活性的增加是異養(yǎng)細菌在逆境下的適應表現(xiàn)之一，可作為其對重金屬抗性的指標。磷酸酶、蛋白酶、脂肪酶與重金屬含量之間存在顯著正相關性，對沉積物中的重金屬更為敏感，可作為反映重金屬污染狀況的靈敏性指標，進而反映錦州灣海域表層沉積物的環(huán)境質量。
　　(4)錦州灣海域表層沉積物中異養(yǎng)細菌對重金屬Zn、Cu、Hg、Cd的抗性大小分布趨勢相似，在西南部河口區(qū)高于東北部外海海域，與沉積物中重金屬的含量

8、及Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)基本相似，這種趨勢表明錦州灣海域異養(yǎng)細菌的重金屬抗性與沉積物中重金屬的長期積累有一定的關系。
　　錦州灣海域表層沉積物中抗性異養(yǎng)菌的數(shù)量西南部河口區(qū)明顯高于東北部外海海域。東北部海域重金屬含量低，對重金屬的抗性低，本研究中高濃度重金屬含量對該海域的異養(yǎng)細菌產(chǎn)生了短期的“觸殺”效應，而西南部河口區(qū)沉積物中的重金屬污染是長期積累的，在該區(qū)域存活的異養(yǎng)細菌在生理或遺傳物質上必定對重金屬產(chǎn)生一定的抗性。本