【摘 要】
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矿物风化是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的过程。按其性质可细分为物理风化,化学风化和生物风化
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矿物风化是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的过程。按其性质可细分为物理风化,化学风化和生物风化三种作用方式。其中生物风化是当前研究的热点,而微生物风化矿物则是在生物风化中扮演重要角色。本课题选取一株由实验室筛选、保藏并经过全基因组测序的具有高效风化钾长石能力的细菌Rhizobiumpusense S41作为研究对象。本课题组利用转录组学的方法探究菌株S41附着钾长石表面的分子机制。经分析发现,其中部分双组分调控系统(two-component signal transduction system,TCS),如 KdpD/KdpE 系统及 CheA/CheY系统等存在显著差异表达。本文尝试通过构建单基因突变株的方法分别对KdpD/KdpE双组分调控系统、CheA/CheY双组分调控系统进行实验分析,探究其在菌株S41风化矿物中的作用。本文通过构建KdpD/KdpE双组分调控系统的突变株S41ΔKdpE,进而分析KdpD/KdpE系统对菌株S41风化黑云母及钾长石能力的影响。实验发现,KdpE基因的缺失会影响菌株S41在不同矿物表面附着。本文构建了菌株S41(CheA/CheY系统)趋化系统功能突变株S41ΔCheA,通过比较突变株S41ΔCheA与野生菌株S41风化黑云母实验的差异来探究CheA/CheY系统在其中的作用。研究表明,突变株S41ΔCheA风化黑云母能力显著弱于野生株:突变株S41ΔCheA处理组的发酵液中可溶性元素Fe、Al、Si等含量只有野生株S41处理组的1/3-1/2;胞外多糖产量降低1/3左右,黑云母表面菌体量明显减少,第5天时,突变株S41ΔCheA处理组的黑云母表面菌体量只有野生株S41处理组的1/20。此外,经检测发现突变株S41ΔCheA的运动性以及生物膜形成能力均弱于野生菌株S41。这表明菌株S41的趋化系统是通过影响运动性、生物膜以及胞外多糖合成等进而影响菌株S41在矿物表面的附着,并最终显著影响其风化能力。此外,通过RT-PCR分析发现,在风化钾长石时菌株S41基因组中显著表达的7个甲基受体蛋白基因(McPs)(除McP-02591外)在菌株S41风化黑云母时同样存在显著上调表达。通过毛细管法分析发现,菌株S41对低浓度(20 μM)的Fe3+、Mn2+(黑云母等矿物中存在并溶解的金属离子)存在明显的趋化性,对K+的趋化性较弱,对Zn2+无趋化性。并且菌株S41对Fe3+趋化性敏感于对Mn2+的趋化性。此外,突变株S41ΔCheA对Fe3+、Mn2+的趋化性明显弱于野生株。这证明菌株S41对Fe3+、Mn2+的趋化性是与CheA/CheY系统相关的。
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