一株能转化重金属的贪铜菌属菌株及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于新菌种筛选技术及环境微生物技术领域，特别涉及一株能转化重金属 的贪铜菌属菌株及其应用。
【背景技术】
[0002] 铁是红壤中最为重要的氧化还原活性元素，而氧化铁是土壤中重要的活性矿物， 主要含铁矿物包括针铁矿、赤铁矿、纤铁矿、水铁矿、黄铁矿和施威特曼石等多种形态，其主 要以游离态的氧化铁包裹在土壤颗粒表面，具有较高的地球化学活性，对土壤中各元素的 地球化学性质有着重要的影响。在厌氧条件下，铁元素在铁还原菌或铁氧化菌作用下产生 溶解态Fe (II)以及含Fe (II)的矿物，这些含铁矿物带有表面电荷、具有巨大的比表面积与 强烈的反应活性，是土壤和沉积环境中重要的吸附剂、氧化/还原剂和催化剂，直接影响土 壤养分的利用效率以及重金属、有机污染物的行为归趋。
[0003] 厌氧条件下的Fe(II)氧化成矿过程不仅对现代环境中铁、氮等元素的地球化学 循环起着重要作用，且影响着重金属的迀移与转化。Fe(II)氧化过程与硝酸盐还原、厌氧反 硝化及厌氧氨氧化等过程密切相关，硝酸盐依赖型亚铁氧化菌驱动Fe (II)氧化耦合硝酸 盐还原过程影响着氮元素的循环。微生物作用下Fe(II)催化氧化形成铁氧化物的过程直 接影响重金属的环境地球化学行为，如Fe (II)在形成铁氧化物（主要为Fe (III)羟基氧化 物、Fe(III)氢氧化物及Fe(II)氧化物）的同时能够吸附溶液中的砷，从而固定重金属离 子，另一方面，砷与铁氧化物发生共沉淀效应，进一步降低重金属离子的流动性。
[0004] 参与Fe(II)氧化代谢过程的微生物主要有光合型微生物、硝酸盐或者高氯酸盐 呼吸微生物。土壤中硝酸盐具有较高的氧化电位，并且在土壤中含量较高，是研究较多的参 与铁的生物地球化学过程的电子受体。现已分离并鉴定的硝酸盐依赖型亚铁氧化菌主要来 至淡水湖、沉积物、稻田等生境。稻田重金属污染物砷与铁氧化物的表面吸附是一个重要 的环境过程，且在水稻土中普遍存在。虽然已有报道表明硝酸盐依赖型亚铁氧化菌在促进 Fe (II)氧化成矿的同时，能显著降低水稻土中砷的活性。但目前为止，对于水稻土中硝酸盐 依赖型亚铁氧化菌是如何发挥成矿的作用，以及整个微生物亚铁氧化过程对砷的迀移转化 机制仍不明确。
【发明内容】
[0005] 本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一株能转化重金属的贪 铜菌属菌株。
[0006] 本发明的另一目的在于提供所述能转化重金属的贪铜菌属菌株的应用。
[0007] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一株能转化重金属的贪铜菌属菌株，名称 为贪铜杆菌（Cupriavidus metallidurans)Paddy_2,于2015年6月29日保藏于位于北京 市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所的中国微生物菌种保藏管理委员会 普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No. 11028。
[0008] 所述的能转化重金属的贪铜菌属菌株的应用，是将其氧化亚铁和微生物成矿、以 及还原砷。
[0009] 所述的能转化重金属的贪铜菌属菌株在氧化亚铁和微生物成矿时，需在硝酸盐存 在条件下，将所述的能转化重金属的贪铜菌属菌株作用氧化亚铁。
[0010] 所述的能转化重金属的贪铜菌属菌株在还原砷时，优选为先去除硝酸盐以及亚 铁，再将所述的能转化重金属的贪铜菌属菌株作用砷酸盐。
[0011] 所述的能转化重金属的贪铜菌属菌株优选为用于改良土壤以及用于修复砷污染 土壤。
[0012] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：本发明提供了一株能转化重金属 的贪铜菌属菌株，该菌株在硝酸盐环境中对亚铁有较强的氧化能力并能对亚铁氧化成矿， 其可用于土壤的改良；该菌株对砷也具有较强的还原作用，在无硝酸盐和亚铁离子的条件 下，其对砷的还原作用更强。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明菌株的透射电镜照片图。
[0014] 图2是本发明菌株的16S rRNA基因系统发育树图。
[0015] 图3是本发明菌株亚铁氧化的实验结果图。
[0016] 图4是本发明菌株对亚铁氧化成矿的作用结果图；其中，图（A)和图（B)为两张代 表性的图。
[0017] 图5是本发明菌株对砷的还原作用结果图；其中，图（1)是菌株+硝酸盐+砷酸盐 +亚铁，图（2)是菌株+硝酸盐+砷酸盐，图（3)是菌株+砷酸盐，图（4)是菌株+砷酸盐+ 亚铁，图（2)、⑶和⑷中的曲线标识与图⑴相同。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0019] 实施例1 :硝酸盐依赖亚铁氧化菌Paddy-2的富集和分离。
[0020] 富集是称取广东省的水稻土壤样品接种到液体分离培养基中，每升液体分离培 养基的组成是：20mM 哌嗪-1,4-二乙磺酸（PIPES)缓冲液、5. 14mM NaCl、1.03mM ΚΗ2Ρ04、 2. 03mM MgCl2、0. 68mM CaCl2、10.0 ml微量元素和10.0 ml维生素溶液，并添加有5mM FeCl2 ·4Η20、IOmM似勵3及5mM CH3COONa (溶剂为去离子水），pH调节至7. 0,其中，维生素溶 液是每升中含2. Omg生物素、2. Omg叶酸、VB610.0 mg维生素、5. Omg硫胺素、5. Omg核黄素、 5. Omg烟酸、5. Omg泛酸|丐、0· Img维生素 B12、5. Omg对氨基苯甲酸、5. Omg硫辛酸，去离子水 定容至IL ;微量元素溶液是每升中含I. 5g氨三乙酸、3. Og MgSO4 · 7Η20、0· 5g MnSO4 · Η20、 LOg NaCl、0.1 g FeSO4 ·7Η20、0· Ig CoCl2 ·6Η20、0· Ig CaCl2、0.1g ZnSO4 ·7Η20、0· Olg CuSO4 · 5Η20、0· Olg AlK(SO4)2 · 12Η20、0· Olg Η3Β03、0· Olg Na2MoO4 · 2Η20,去离子水定容至 IL0
[0021] 往已接种的富集培养液中充高纯混合气（N2AX)2= 80/20,体积比）30分钟，鼓气完 毕后盖橡胶盖加铝盖密封，置于厌氧工作站30°C静置培养。培养7天后，以10% (v/v)的 接种量转移至另一新鲜的培养基中，上述操作反复三次。最后，在厌氧培养中，将培养液涂 布至琼脂培养基（15g 琼脂，5mM FeCl2 ·4Η20、IOmM NaNO3及 5mM CH3COONa)上，30°C静置培 养。
[0022] 筛选平板上呈褐色或者褐绿色的为可进行亚铁氧化的菌落，挑取菌落，转移至新 鲜的液体培养基中进行分离培养，得到纯菌株，将其命名为Cupriavidus metallidurans strain Paddy-2,于2015年6月29日保藏于位于北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科 学院微生物研究所的中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.11028。
[0023] 菌株Paddy-2的形态特征如下：透射电子显微镜结果（图1)显示菌株有周生鞭 毛，棒状，宽约〇· 5-1 μ m，长约2-3 μ m ;菌落为棕色，凸起，边缘呈圆形，直径约2mm。
[0024] 菌株Paddy-2的生理生化特征如下：为革兰氏阴性菌；该菌具兼性厌氧生长能力， 在厌氧条件下，能利用葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、甘油、乙醇或甲酸作为碳源，在硝酸盐环境中 能够氧化亚铁。
[0025] 菌株Paddy-2的16S rRNA基因序列特征：提取发明菌株的总DNA，以提取的DNA为 模板，以通用引物27F和1492R扩增菌的16S rRNA基因，回收扩增产物后进行测序，其16S rRNA基因的序列如下所示：
[0026] TAGGCGCTGCTTACCATGCAGTCGAACGGCAGCGCGGACTTCGGTCTGGCGGCGAGTGGCGAACGGGTG AGTAATACATCGGAACGTACCCTGTTGTGGGGGATAACTAGTCGAAAGATTAGCTAATACCGCATACGACCTGAGGG TGAAAGTGGGGGACCGCAAGGCCTCACGCAGCAGGAGCGGCCGATGTCTGATTAGCTAGTTGGTGGGGTAAAGGCCC ACCAAGGCGACGATCAGTAGCTGGTCTGAGAGGACGATCAGCCACACTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACG GGAGGCAGCAGTGGGGAATTTTGGACAATGGGGGCAACCCTGATCCAGCAATGCCGCGTGTGTGAAGAAGGCCTTCG GGTTGTAAAGCACTTTTGTCCGGAAAGAAATCGCGCTGGTTAATACCTGGCGTGGATGACGGTACCGGAAGAATAAG CACCGGCTAACTACGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGTAGGGTGCGAGCGTTAA