西藏搭格架热泉微生物厌氧砷氧化过程研究

Microbial mediated arsenic transformation is widely distributed in geological environments, and microbes play an important role in biogeochemical cycling of arsenic. Due to the unique geochemical characteristics (e.g. elevated arsenic content, high temperature), the terrestrial hot springs have become an excellent geological setting for the studies of microbial mediated biogeochemical cycling of arsenic in response to temperature. Study of arsenic biogeochemical cycle, especially, anaerobic arsenite oxidation, will provide a theoretical framework for biogeochemical cycling of arsenic. In the present study, we are to investigate the functions of anaerobic arsenite-oxidizing bacteria in hot springs of Tagejia Area, Tibet, using an integrated approach including geochemistry and culture-based microbiological techniques. The successful implementation of the proposed project will disclose the potential arsenic oxidation and its related microbial functions, enrich the theories of arsenic biogeochemical cycles, and provide analogs to studies of early life evolution on Earth and to remediation of arsenic-contaminated environments.

微生物砷代谢过程广泛存在于地质环境中，在砷的地球化学循环过程中起到重要作用。由于特殊的地化特征（如高浓度砷、高温等），陆地热泉已经成为研究砷生物地球化学循环的理想场所。研究热泉中的厌氧砷氧化过程，不仅可以完善砷的代谢理论，而且有望为砷污染环境的修复提供重要的参考。本项目以西藏搭格架不同类型的热泉为研究对象，以微生物厌氧砷氧化过程为切入点，采用野外调查、原位富集和室内培养相结合的方法，并研究热泉中具有厌氧砷氧化功能的微生物在热泉砷生物地球化学循环过程中的作用，结合热泉水化学和沉积物矿物学特征，揭示西藏搭格架热泉中的微生物厌氧砷氧化过程，丰富砷参与的早期生命演化过程和砷的生物地球化学循环理论，为砷污染环境修复提供科学依据。

微生物砷代谢过程广泛存在于地质环境中，在砷的地球化学循环过程中起到重要作用。研究典型高砷地质体—热泉中的厌氧砷氧化过程，不仅可以完善砷的代谢理论，而且有望为砷污染环境的修复提供重要的参考。本项目以西藏搭格架不同类型的热泉为研究对象，研究热泉中具有厌氧砷氧化功能的微生物在砷生物地球化学循环过程中的作用，揭示西藏搭格架热泉中的微生物厌氧砷氧化过程，结果表明：1）西藏搭格架地区具有多样化的热泉类型，热泉中砷含量高达8mg/L；2）在整个搭格架地区，群落多样性的控制因素为pH，而在中性热泉中，温度是影响群落的丰度重要因子；arxA功能基因的丰度与温度呈现显著负相关关系，且搭格架地区西藏地区孕育着独特的厌氧砷氧化微生物功能群；3）报道了从中性偏酸性热泉中分离出厚壁菌株TC-1，这是在种首次在厚壁菌报道含有arxA功能基因的菌株，从门的分类水平上和温度上限拓展了厌氧砷氧化微生物的认知，进一步对其厌氧砷氧化功能验证结果表明，在富硫的热泉环境中，硫代砷酸盐的形成有可能由具有硫酸盐还原和厌氧砷氧化功能的微生物所产生，或者由于砷氧化微生物与硫酸盐还原微生物协同作用的结果，本研究结果中高温条件下存在的地球化学过程在其他高砷地质体中的野外观测结果提供了可能的解释；4）从西藏搭格架热泉分离出的厌氧芽孢杆菌TBDG-1，该菌株具有高温条件下快速进行砷还原功能，为厌氧高温砷还原过程首次在热泉环境中报道。5）确定了西藏热泉中稀有种群的种类，且稀有种群主要受DOC和pH的影响；6）西藏热泉硫酸盐还原微生物功能群多样性较丰富，该地区存在潜在的新型微生物硫酸盐还原功能群种类。温度和硫酸根浓度是影响其硫酸盐还原微生物功能群的最重要环境因子；以上研究结果为进一步研究高温热泉中地质微生物参与的砷的迁移转化过程研究打下良好基础。