锑尾矿中硫氧化耦联锑还原过程的自养微生物驱动机制
批准号:
42107285
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李宝琴
依托单位:
学科分类:
环境地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李宝琴
中文摘要
由于锑矿区锑污染严重,对微生物的胁迫性强,加上营养物质匮乏,使得利用外源微生物或植物进行锑矿的生物修复很难开展。在锑矿尾矿中,土著微生物对原位环境有较高的适应性,且微生物可以通过呼吸作用将Sb(V)还原为Sb(III),使锑更易与其他物质结合成更稳定的化合物,降低锑的迁移性,从而减少对周围环境的危害,因此,开展矿区土著微生物对极端污染环境的生态修复能力研究具有重要环境意义。针对尾矿金属浓度高、营养匮乏的特点,本项目聚焦尾矿中自养微生物驱动的硫氧化耦联锑还原这一全新的地球化学过程,拟利用稳定同位素示踪技术-宏基因组分箱技术研究锑尾矿中自养微生物驱动的硫氧化耦联锑还原过程机制,揭示该过程的生物地球化学相互关系,深入了解参与该过程的微生物种群、关键功能基因和代谢途径,以期描绘尾矿中自养型硫氧化耦联锑还原的微生物作用机制图,为开展矿区极端环境条件下金属污染的原位修复提供重要的理论依据。
英文摘要
The elevated metal toxicity and depleted nutrient content in mine tailings hinder the remediation practices using allochthonous microorganisms or plants. Comparing to allochthonous organisms, autochthonous organisms are adapted to the harsh tailing environments. In antimony mine tailings, indigenous microorganisms are capable of reducing Sb(V) to Sb(III) through respiration process, which decreases the mobility of Sb and thus restrains the Sb from contaminating larger areas. Therefore, application of indigenous microorganisms hold great potentials for remediation efforts in mine tailings. Since the mine tailings are typical oligotrophic environments with elevated metal contaminations, this proposal focuses on a novel aspect of the Sb biogeochemical cycle – Sb reduction fueled by S oxidizion process. The stable isotope probing will be used for the identification of the functional populations of the S-oxidizing Sb reducers. Subsequent metagenomic binning could decipher the functional traits and metabolic pathways of these functional populations. The current research is expected to provide essential knowledge and scientific guidances for future remediation practices of mine tailings.
由于锑矿区的锑污染严重,对微生物的胁迫性强,再加上营养物质匮乏,使得利用外源微生物或植物进行锑矿的生物修复变得十分困难。然而,锑矿尾矿中的土著微生物对原位环境有较高的适应性,并且能够通过呼吸作用将Sb(V)还原为Sb(III),使锑更易与其他物质结合形成更稳定的化合物,降低锑的迁移性,从而减少对周围环境的危害。因此,本项目聚焦于尾矿中自养微生物驱动的硫氧化与锑还原耦合这一全新的地球化学过程,证明了尾矿中Sb(V)还原与S氧化耦合的潜力。通过稳定同位素示踪技术,我们确定了这一过程主要由脱硫弧菌(Desulfurivibrio spp.)酶促介导。Desulfurivibrio是尾矿中潜在的硫氧化锑还原菌。通过宏基因组分箱和16S rRNA基因扩增子测序的微生物群落分析,进一步探索了其代谢潜力,发现Desulfurivibrio具有硫氧化功能的氧化型硫酸盐还原基因(dsr)和Sb(V)还原基因(anrA和arrA)。同时,通过对尾矿污染场地附近的Desulfurivibrio菌的环境分布进行分析,发现其分布与硫和锑的浓度相关。Desulfurivibrio主要存在于高硫高锑环境,在锑矿尾矿中表现出高相对丰度,最高可占整体群落的15%,而在周围的土壤、稻田和河流沉积物样本中则没有。此外,从中国南方金属污染场地获取的脱硫弧菌基因组中,发现非典型的氧化亚硫酸盐还原酶(dsr)和砷酸盐还原酶(arrA)或抗锑酸盐还原酶(anrA)分别具有硫氧化与锑还原耦合的代谢潜能。另外,本项目还从锡矿山尾矿中分离了两株具有硫氧化基因的纯菌Methyloversatilis sp. LJY-1和Limnobacter sp. LJY-2。模拟实验表明它们具有硫氧化能力,且微生物驱动的硫氧化过程显著加剧了尾矿酸化。我们还研究了球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)在污染场地中的金属固化作用,发现GRSP可以固定大量的锑等金属。项目研究成果为开展矿区极端环境条件下金属污染的原位修复提供重要的理论依据。
尾矿中硫氧化耦联锑还原微生物机制探索及其定量评估
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:15.0万元
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批准年份:2024
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负责人:李宝琴
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依托单位:
国内基金
海外基金