趨磁細菌MG-1的分離及其特性研究.pdf

1、趨磁細菌代表著一群在自然生境中能夠沿著地磁場線被動定向并主動游移的原核微生物。趨磁細菌體內都能合成有鏈狀排列的納米級鐵磁性礦物晶體的磁小體，但是它們相互間在形態(tài)學、生理學及系統(tǒng)進化上卻各不相同。 趨磁細菌對氧濃度梯度以及化學條件要求非?？量?，因此難于分離培養(yǎng)，迄今分離并純培養(yǎng)出的趨磁細菌只有很少一些種類，且都是專性微好氧菌、專性厭氧菌、和兼性厭氧/微好氧菌。由于趨磁細菌難以培養(yǎng)，致使大多數趨磁細菌還未建立起有效的遺傳體系，趨磁細

2、菌合成磁小體的相關基因、酶蛋白以及合成機制仍不清楚。因此對趨磁細菌的分離培養(yǎng)研究還有待完善，磁小體的分離純化以及應用研究也有待深入。本項研究的目的是分離純化出趨磁細菌，并篩選出易于培養(yǎng)、合成磁小體數目較多的高效菌株，在實驗室條件下研究合成磁小體的最佳培養(yǎng)條件以及磁小體提取純化技術，為將來開展進一步的研究與應用工作奠定良好的基礎。 作者設計出“趨磁細菌收集器”，采用該裝置對黃土中的古土壤樣品進行富集培養(yǎng)，再用常規(guī)手段分離并培養(yǎng)出多

3、種形態(tài)的趨磁細菌10余株，通過劃線分離，純化出兩株含有2～8顆電子致密顆粒的耐氧的磁敏感細菌，分別命名為MG-1和MG-2。16S rDNA序列分析表明，MG-1屬于Acinetobacter屬，與大部分趨磁細菌同屬于α-Proteobacteria 亞門；MG-2屬于Bacilhts屬，屬于 γ-Proteobacteria亞門。 透射電鏡(TEM)觀察顯示MG-1菌株體內含有8顆左右電子致密顆粒，截面呈規(guī)則的近圓形、粒徑大小

4、約80nm，基本沿菌體縱軸呈鏈狀排列；EDXA能譜分析顯示MG-1菌體電子致密顆粒區(qū)域的Fe含量高達10.23％，約是菌體無電子致密顆粒區(qū)域的24倍；菌株MG-1在無鐵條件下培養(yǎng)時，胞內無電子致密顆粒形成；在半固體培養(yǎng)基中生長，MG-1菌體可沿外加磁場向S極一側移動；固體平板培養(yǎng)的MG-1純菌體干燥物可以被磁鐵吸附；對MG-1菌體進行磁熱重分析(M-TGA)，結果表明MG-1菌體內存在著鐵磁性物質，其居里溫度為95.82℃，因此是一種新

5、型磁性物質；MG．1菌體經過培養(yǎng)后，離心干燥的菌體以1：7的比例加入低磁化率的黃土可明顯提高黃土磁化率，平均增幅達16.13％。接種MG-1菌懸液至古土壤樣品中生長培養(yǎng)后，古土壤磁化率隨MG-1的接種量增加而增大，意味著在漫長的地質時期中，趨磁細菌合成的磁小體是古土壤磁化率增強機制中不可忽略的一部分。對樣品中磁性礦物進行磁選，并通過激光粒度分析測試儀測定磁性礦物顆粒的粒度分布，結果可知實驗組中的磁性礦物平均粒徑較對照組有明顯減小，表現在

6、SD、PSD磁性礦物顆粒的增加以及MD磁性礦物顆粒的減少。因此可以推測趨磁細菌MG-1提高黃土一古土壤磁化率的作用機制從粒徑依存性角度講有兩個方面：①趨磁細菌MG-1礦化合成的次生磁性礦物(磁小體)增加了樣品中高磁化率的SSD磁性礦物顆粒基數；②趨磁細菌MG-1生長與磁小體合成需要大量吸收胞外的游離鐵離子，推測MG-1能產生胞外酶系或代謝產物降解環(huán)境中的原生磁性礦物，這使得部分MD、PSD、SSD原生磁性礦物晶體減小至更小的磁疇晶體，從

7、而增強了磁化率。以上結果證明了菌株MG-1具有趨磁細菌的典型特征(合成有鏈狀排列的納米級電子致密磁小體、具有趨磁性、及磁性)。 通過正交實驗確立了趨磁細菌MG-1菌體生長和磁小體合成的最適培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件。 采用自行設計的“磁小體垂直磁選裝置”，結合French Pressure高壓破碎、高速離心等方法，成功地提取純化出較為純凈、具有完整生物膜的磁小體。 本項研究為趨磁細菌的研究與利用提供了較好的基礎，對同類研究工作有