微生物对砷的氧化还原竞争

滤池被广泛运用于饮用水厂中,前期研究发现某水厂生物滤池处理含砷地下水时,一方面三价砷可被生物氧化锰氧化为五价砷,另一方面滤池系统中存在的微生物砷还原酶可促使五价砷还原为三价砷,而滤池表面存在的这种微生物竞争关系会影响滤池的稳定性及处理效率. 为探讨其内在机制,本研究选取1株锰氧化模式菌(Pseudomonas sp. QJX-1)和1株砷还原模式菌(Brevibacterium sp. LSJ-9),考察在Mn2+、 As(As3+、 As5+)共存时,两菌株对空间、 营养物质以及对砷氧化/还原的竞争关系. 结果表明,不同的反应时间,Mn、 As质量浓度/价态不同,三价及五价砷体系中,Pseudomonas sp. QJX-1生成的锰氧化物在砷的氧化还原反应中占主导地位,即能迅速氧化本身存在的As3+(三价砷体系)和砷还原菌产生的As3+(五价砷体系),最终两体系中砷都主要以As5+的形式存在. PCR及RT-PCR结果表明,反应过程中锰氧化菌功能基因(cumA)抑制了砷还原酶(arsC)的表达,锰氧化菌16S rRNA表达量始终比砷还原菌高两个数量级,即锰氧化菌在生长竞争过程中占优势. 实验结果表明滤池的水力停留时间是决定出水中砷价态的一个重要因素