南京农业大学学报  2020, Vol. 43 Issue (4): 667-673   PDF    
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201906059
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谢婉滢, 邹希
XIE Wanying, ZOU Xi
浮萍叶面细菌群落对砷的氧化及该过程受抗生素的影响
Arsenite oxidation by phyllosphere bacterial community of duckweed and the effect of antibiotics on this process
南京农业大学学报, 2020, 43(4): 667-673
Journal of Nanjing Agricultural University, 2020, 43(4): 667-673.
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201906059

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收稿日期: 2019-06-28
浮萍叶面细菌群落对砷的氧化及该过程受抗生素的影响
谢婉滢 , 邹希     
南京农业大学资源与环境科学学院/江苏省固体有机废弃物资源化高技术研究重点实验室/江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心, 江苏 南京 210095
摘要[目的]本文旨在探讨浮萍叶面细菌群落对三价砷(AsⅢ)的氧化、对浮萍累积砷(As)的阻控作用以及抗生素对该氧化过程和阻控作用的影响。[方法]采用高效液相色谱-电感耦合等离子体-质谱(HPLC-ICP-MS)联用技术和ICP-MS测定添加110 μg·L-1 AsⅢ的有菌浮萍、有菌浮萍+抗生素(50 mg·L-1氯霉素)、无菌浮萍处理和空白对照中溶液As形态随时间的变化情况,以及培养168 h时不同处理中浮萍As的形态以及总累积量。在培养168 h时,从培养溶液和叶面分离可培养细菌,并在纯培养条件下测定其对AsⅢ的氧化能力。[结果]与空白对照及无菌浮萍处理相比,有菌浮萍处理能够在10 h内将溶液中AsⅢ快速氧化为五价砷(AsⅤ),使溶液中的AsⅤ比例大于97.1%。有菌浮萍+抗生素处理中AsⅤ质量浓度超过AsⅢ质量浓度的时间推迟到72 h,且AsⅤ占As比例仅为70.2%。经过168 h的培养,无菌浮萍及添加氯霉素的有菌浮萍处理中累积的As总含量分别为有菌浮萍处理的3.4和2.9倍。与有菌浮萍处理相比,氯霉素显著增加浮萍中累积的AsⅢ的比例(P < 0.05)。从有菌浮萍处理的浮萍叶面获得7株具有较弱AsⅢ氧化能力的细菌,这些AsⅢ氧化菌隶属于α-变形菌、β-变形菌和γ-变形菌。从有菌浮萍处理的溶液中以及有菌浮萍+抗生素处理中分离获得的细菌对AsⅢ均未表现出氧化能力。[结论]浮萍叶面细菌群落将AsⅢ快速氧化为AsⅤ的过程对累积As具有非常好的阻控作用。氯霉素显著抑制浮萍叶面细菌群落对AsⅢ的氧化,增加浮萍对As的累积以及AsⅢ在浮萍中的比例。
关键词浮萍   叶面细菌   砷氧化   抗生素   
Arsenite oxidation by phyllosphere bacterial community of duckweed and the effect of antibiotics on this process
XIE Wanying , ZOU Xi    
College of Resources and Environmental Sciences/Jiangsu Provincial Key Laboratory for Organic Solid Waste Utilization/Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract: [Objective] The present study was designed to investigate arsenite(AsⅢ) oxidation by phyllosphere bacterial community of duckweed, the effect of the oxidation on arsenic(As) accumulation in the duckweed and the effect of antibiotics on the processes of oxidation and accumulation. [Methods] High performance liquid chromatography inductively coupled plasma-mass spectrometry(HPLC-ICP-MS) was employed to measure the temporal speciation of As in the incubation systems of non-sterile duckweed, non-sterile duckweed supplemented with antibiotics(50 mg·L-1 chloramphenicol), sterile duckweed and control without duckweed that contained 110 μg·L-1 AsⅢ, respectively. At 168 h, speciation and total concentration of As in duckweed from different treatments were determined by HPLC-ICP-MS and ICP-MS, respectively. Bacteria were isolated from the incubation systems at 168 h and their abilities to oxidize AsⅢ were measured by HPLC-ICP-MS. [Results] In comparison to sterile duckweed, the incubation system with non-sterile duckweed could oxidize AsⅢ into arsenate(AsⅤ) rapidly within 10 h, generating 97.1% of AsⅤ in the system. The addition of chloramphenicol delayed the occurrence of AsⅤ domination in the system to 72 h, with the percentage of AsⅤ at only 70.2%. After an incubation period of 168 h, total contents of As in sterile duckweed and non-sterile duckweed with chloramphenicol were 3.4 and 2.9 times of those in non-sterile duckweed, respectively. The addition of chloramphenicol significantly increased the percentage of AsⅢ in the duckweed(P < 0.05), compared to that in non-sterile duckweed. Seven AsⅢ-oxidizing bacteria with low oxidation ability that belonged to α-proteobacteria, β-proteobacteria and γ-proteobacteria were isolated from the phyllosphere of non-sterile duckweed. The bacteria isolated from the solution of non-sterile duckweed or from the system of non-sterile duckweed with chloramphenicol showed no oxidation of AsⅢ. [Conclusions] The rapid oxidation of AsⅢ by the phyllosphere bacteria community of duckweed was effective in preventing the As accumulation in duckweed. However, chloramphenicol significantly inhibited the oxidation of AsⅢ by the phyllosphere bacteria, and increased the As accumulation by the duckweed and the percentage of AsⅢ in duckweed tissue.
Keywords: duckweed    phyllosphere bacteria    arsenite oxidation    antibiotics   

稻田环境中砷(As)的生物地球化学循环与人类健康密切相关。As在环境中的形态决定其毒性及生物有效性[1]。作为As代谢的主要过程, 环境中As的氧化还原显著影响植物对As的吸收和累积[1-2]。稻田环境中, 水稻根际微生物介导As的氧化和还原[2]。淹水条件下, 土壤中的As主要被微生物还原为三价砷(AsⅢ)。AsⅢ被矿物吸附的能力弱, 且移动性强, 通过水稻硅吸收通道被吸收, 导致水稻相对于旱作植物更容易累积As[3]。五价砷(AsⅤ)容易被矿物表面的铁锰化合物吸附, 水稻根际微生物将AsⅢ氧化为AsⅤ能够降低水稻对As的吸收[23。因此, 增加水稻环境中AsⅢ的氧化是降低水稻As累积的潜在途径[4]。从水稻环境中分离AsⅢ氧化细菌, 可以作为水稻环境As污染的潜在修复手段[5]

浮萍是水稻环境中常见的浮水植物, 其叶面好氧与厌氧结合的微环境中生存着丰富多样的细菌群落[6]。浮萍叶面的As代谢细菌由AsⅢ氧化菌主导[7]。然而, 从浮萍或者其他水生植物叶面分离AsⅢ氧化细菌的研究报道较少。同时, 由于抗生素在医疗和养殖业中的广泛使用, 环境中的抗生素污染日趋严重, 这其中也包括水稻田环境[8-9]。在抗生素污染的条件下, 浮萍叶面细菌群落及可培养菌株对AsⅢ的氧化是否会有变化, 这种变化对浮萍吸收和累积As影响如何还未见报道。因此, 本研究主要测定浮萍叶面细菌群落对AsⅢ的氧化能力和对浮萍吸收累积As的作用, 以及抗生素对该AsⅢ氧化过程、浮萍吸收累积As的能力和可培养AsⅢ氧化菌株的影响, 探讨As和抗生素复合污染条件下As生物地球化学循环的变化。

1 材料与方法 1.1 试验材料与处理

浮萍(Wolffia australiana)由苏黎世联邦理工学院的Prof. Dr. Elias Landolt提供。有菌浮萍在温室中培养于水稻土(采集于湖南常德)中, 液面保持5~10 cm。根据浮萍的生长情况, 不定期向土壤中施加240 mg·kg-1 CO(NH2)2和240 mg·kg-1 K2HPO3·3H2O。无菌浮萍的获取和维持方法为:纯净水洗净在温室中培养的浮萍, 于10 g·L-1 NaClO中浸泡3 min, 用无菌水彻底冲洗; 将单个叶片转移至含10 g·L-1蔗糖的固体Hoagland培养基中。待浮萍成活后, 选取培养基上不含细菌菌落的浮萍用于传代培养。传代培养基为含10 g·L-1蔗糖的Hoagland溶液。传代浮萍于光照培养箱中培养, 每月更换培养基。为检查浮萍的无菌条件, 定期采集培养液涂布于LB培养基观察是否有菌落生长。舍弃有菌落的传代培养或者将传代浮萍再按照以上的方法进行除菌, 直到获得不含细菌的浮萍。

Hoagland营养液(pH6):10 mmol·L-1 KNO3, 1 mmol·L-1 KH2PO4, 2 mmol·L-1 MgSO4, 2 mmol·L-1 Ca(NO3)2, 48.5 μmol·L-1 H3BO3, 20 μmol·L-1 FeSO4-EDTA, 10 μmol·L-1 MnCl2, 0.7 μmol·L-1 ZnSO4, 0.35 μmol·L-1 CuSO4, 0.1 μmol·L-1 Na2MoO4。细菌筛选培养基(pH7):0.25 g·L-1 NH4Cl, 0.5 g·L-1 KCl, 0.1 g·L-1 CaCl2, 0.4 g·L-1 MgCl2·6H2O, 0.5 g·L-1 NaCl, 0.6 g·L-1 NaH2PO4。培养基高温灭菌冷却至50 ℃左右加入10 mL·L-1矿质元素母液和10 mL·L-1维生素母液[10]

试验处理设置为:无菌浮萍、有菌浮萍、有菌浮萍+抗生素(50 mg·L-1氯霉素)处理及不加浮萍的培养液对照。每个处理4个重复。

1.2 试验方法与测定 1.2.1 浮萍叶面菌群对As的转化能力测定

于100 mL锥形瓶中加入50 mL培养液, 用无菌塑料封膜封住瓶口, 于121 ℃灭菌30 min。分别向灭菌后的培养液中加入2.5 g无菌浮萍、有菌浮萍和有菌浮萍+抗生素, 以不加浮萍的培养液为空白对照。将锥形瓶于光照培养箱中培养24 h后加入0.1 mL 50 mg·L-1无菌AsⅢ溶液(0.22 μm无菌过滤), 使培养液中AsⅢ的最终质量浓度为110 μg·L-1。加入AsⅢ后, 于0、10、24、72和168 h分别取1 mL溶液, 用于测定As的形态和总量。于168 h收集溶液, 一部分用于测定As的形态和总量, 一部分用于筛选浮萍叶面可培养细菌。光照培养条件为:相对湿度60%, 光照强度50 μmol·m-2·s-1, 昼/夜时间14 h/10 h, 昼/夜温度30 ℃/25 ℃。

1.2.2 浮萍培养液和叶面可培养细菌的筛选和鉴定

将浮萍叶面细菌用0.02%(体积分数)Tween-20洗脱[6], 将洗脱液和浮萍培养液按10倍梯度稀释, 涂布于培养基上, 于光照培养箱中培养3~7 d, 挑选形态不同的菌落, 于固体培养基划线纯化。纯化后的菌落通过菌落PCR用于细菌鉴定。PCR引物为27F和1492R。PCR体系:12.5 μL Dream Taq Green PCR Master Mix(2×)(Thermo Scientific), 前、后引物各1 μL, 无菌水10.5 μL, 无菌牙签蘸取适量菌落。PCR条件:95 ℃ 5 min; 95 ℃ 30 s, 55 ℃ 30 s, 72 ℃ 40 s, 35个循环; 72 ℃ 10 min。PCR产物测序由上海美吉生物医药有限公司完成。

1.2.3 浮萍培养液和叶面可培养细菌对As的转化能力测定

将从浮萍培养液和叶面筛选到的菌株在含100 μg·L-1 AsⅢ的液体培养基中培养至D600值为0.8, 转接50 μL菌液于含100 μg·L-1 AsⅢ的5 mL液体培养基中, 于30 ℃、200 r·min-1避光培养50 h。以不加菌液的含AsⅢ培养液为空白对照(CK), 测定培养液中的As形态和浓度。

1.2.4 As形态的测定

浮萍中As形态测定:称取0.5 g新鲜浮萍于50 mL特氟龙的微波消煮管中, 加入10 mL 1%(体积分数)硝酸(优级纯, Merck, 德国), 静置过夜后, 微波消煮仪中消煮。消煮程序为:55 ℃ 10 min, 75 ℃ 10 min, 95 ℃ 30 min, 每个阶段温度上升时间为5 min。消解液冷却、过滤(0.22 μm滤头)后用高效液相色谱-电感耦合等离子体-质谱联用(HPLC-ICP-MS, PerkinElmer NexIon 300x)测定As形态。样品中As形态通过与混标中As标准形态的出峰时间对比获得。As标准形态包括:三价砷(AsⅢ)、五价二甲基砷(DMAⅤ)、五价单甲基砷(MMAⅤ)和五价砷(AsⅤ)。4种As形态的浓度采用峰面积外标法计算, 以已知浓度DMAⅤ的峰面积为标准。空白试剂和标准物质(大米, GBW10010, 国家标准物质研究中心)各3个重复。大米中As的回收率为(95.8±2.0)%。溶液样品过滤(0.22 μm滤头)后, 采用上述相同的方法测定溶液中As的形态和浓度。

1.2.5 As总浓度的测定

浮萍中As总浓度测定:称取0.2 g新鲜浮萍于50 mL特氟龙的微波消煮管中, 加入2.0 mL 65%硝酸, 静置过夜, 加入1 mL 30% H2O2。微波消煮程序同1.2.4节。消解液冷却后用超纯水稀释到50 mL, 过0.45 μm过滤器。采用电感耦合等离子体质谱测定滤液中As总浓度。试剂空白和标准物质(灌木枝叶, GBW07603, 国家标准物质研究中心)各3个重复。标准物质总As回收率为(97.5±4.6)%。溶液样品中各种As形态浓度的总和作为As总浓度。

1.3 数据统计与分析

试验数据采用Sigmaplot 12和Adobe Illustrator CS5软件绘图和处理。用Excel 2010计算平均值和标准差(SE, n=4)。用SPSS 18.0中One-way ANOVA或者t测验对数据进行显著性差异分析(P < 0.05)。

2 结果与分析 2.1 不同处理溶液中AsⅢ的转化

图 1可知:浮萍培养液中只检测到AsⅢ和AsⅤ, 有机As形态未检出。在加浮萍的3种处理中, AsⅢ质量浓度随时间不断降低, 降低的速率从大到小的处理依次为有菌浮萍、有菌浮萍+抗生素、无菌浮萍处理。有菌浮萍处理中AsⅢ质量浓度在10 h时降低为初始浓度的2.6%, 之后一直保持低浓度(小于0.5 μg·L-1)。溶液中AsⅤ质量浓度随时间不断增加, 增加速率从大到小的处理依次为有菌浮萍、有菌浮萍+抗生素、无菌浮萍处理。对照处理中AsⅢ和AsⅤ的质量浓度变化较小, 但也有小部分AsⅢ被氧化为AsⅤ, AsⅤ质量浓度在168 h时为7.2 μg·L-1。无菌浮萍处理溶液中AsⅤ质量浓度在10 h时仅为3.3 μg·L-1, 略低于空白对照(5.0 μg·L-1); 但168 h后溶液中AsⅤ质量浓度达22 μg·L-1, 显著高于空白对照。有菌浮萍处理中, 10 h时溶液中AsⅤ质量浓度急剧增加到96 μg·L-1(占As总质量浓度的比例为97.1%), 168 h后, 溶液中AsⅤ质量浓度降低到75 μg·L-1(占As总质量浓度的比例为99.5%)。添加抗生素的有菌浮萍处理中, AsⅤ质量浓度的增加速率相比有菌浮萍处理急剧降低, 72和168 h时溶液中AsⅤ质量浓度分别为49和54 μg·L-1(分别占As总质量浓度的70.2%和72.9%)。有菌浮萍和添加抗生素的有菌浮萍处理中, AsⅤ质量浓度超过AsⅢ质量浓度的取样时间分别为10和72 h, 而在整个培养过程中, 无菌浮萍体系中AsⅢ的质量浓度始终高于AsⅤ质量浓度。

图 1 不同处理溶液中砷(As)的形态转化 Fig. 1 Arsenic(As)speciation in the solution of different treatments
2.2 不同处理中浮萍对As的吸收与累积

添加浮萍的溶液中As总质量浓度随处理时间延长不断降低, 72 h时, 溶液中As总质量浓度达到平衡(图 2)。无菌浮萍溶液中As总质量浓度的降低速度最快, 在72 h时已降低至初始值的50%。有菌浮萍处理溶液中As总质量浓度降低速度比无菌浮萍慢, 而添加抗生素可在一定程度上提高As总质量浓度的降低速度。根据As在培养体系中的质量守恒, 无菌浮萍和有菌浮萍+抗生素处理溶液中减少的As主要被浮萍吸收, 分别为2.83和2.04 μg(表 1)。此外, 与空白对照(0.48 μg)类似, 无菌浮萍和有菌浮萍+抗生素处理溶液中还有一小部分As被溶液中的沉淀吸附, 分别为0.55和0.39 μg(表 1)。无菌浮萍以及添加抗生素的有菌浮萍中As的总含量和总量显著高于有菌浮萍(P < 0.05), 总含量分别为后者的3.4和2.9倍(图 3, 表 1)。根据有菌浮萍初始体系与168 h体系间As差量(1.65 μg)可判断, 有菌浮萍处理中, 除了浮萍吸收和沉淀吸附的As以外, 还有部分As可能被体系中的微生物吸收或者吸附(表 1)。无菌浮萍和有菌浮萍+抗生素处理的浮萍中As形态主要为AsⅢ(分别占As总含量的96.8%和94.0%), 而AsⅤ所占比例小(分别只占As总含量的3.2%和6.0%)(图 4)。有菌浮萍中AsⅤ的比例显著增加(P < 0.05), 占As总含量的49.7%(图 4)。

图 2 不同处理溶液中As总质量浓度随时间的变化 Fig. 2 Change of total As concentration in the solutionof different treatments
图 3 不同处理浮萍中As总含量 Fig. 3 Total content of As in the duckweeds ofdifferent treatments 不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。下同。 Different lower letters indicate significant differences between treatments at 0.05 level. The same as follows.
表 1 浮萍培养体系中As的质量平衡 Table 1 Mass balance of As in the duckweed incubation systems
处理
Treatment
As总量/μg As mass 初始体系与168 h体系间As差量/μg
Content difference between 0 h and 168 h
初始溶液
Solution at 0 h
168 h浮萍
Duckweed at 168 h
168 h溶液
Solution at 168 h
168 h浮萍和溶液
Duckweed and solution at 168 h
对照Control 5.74±0.04 5.26±0.02 5.26±0.02 0.48±0.04b
无菌浮萍Sterile duckweed 5.65±0.04 2.83±0.11a 2.28±0.04 5.10±0.07 0.55±0.10b
有菌浮萍+抗生素Non-sterile duckweed+antibiotic 5.75±0.01 2.04±0.08b 3.32±0.06 5.36±0.03 0.39±0.04b
有菌浮萍Non-sterile duckweed 5.79±0.01 0.76±0.07c 3.38±0.20 4.14±0.26 1.65±0.27a
图 4 不同处理浮萍中As的形态和含量 Fig. 4 Speciation and content of As in theduckweeds of different treatments
2.3 不同处理中可培养细菌对As的转化

空白对照和无菌浮萍体系中没有分离到可培养细菌。有菌浮萍和添加抗生素的有菌浮萍培养体系中总共分离到38株细菌。从图 5可知:培养50 h后, 空白对照中的AsⅢ有小部分被氧化为AsⅤ。相对于空白对照, 有25株可培养细菌表现出对AsⅤ的还原能力, 只有7株菌株表现出微弱的AsⅢ氧化能力。D2、D3、D6、D8、D10、D12和D13都从有菌浮萍叶面上分离得到, 对AsⅢ具有氧化能力。然而, 这些细菌对AsⅢ氧化能力较弱, 菌株培养液中AsⅤ的浓度都没有超过空白对照的2倍。有菌浮萍的培养液中, 以及添加抗生素的浮萍培养处理(包括叶面和溶液)中分离到的细菌都没有表现出对AsⅢ的氧化能力。

图 5 浮萍培养体系中菌株对As的转化 Fig. 5 Transformation of As by culturable bacteria from the duckweed incubation systems CK:不加菌液空白对照; S:有菌浮萍培养液中分离到的细菌; D:有菌浮萍叶面分离到的细菌; SA:抗生素+有菌浮萍培养液中分离到的细菌; DA:抗生素+有菌浮萍叶面分离到的细菌。*代表处理与CK在0.05水平差异显著。 CK:Control; S:Bacteria from the incubation solution of non-sterile duckweed; D:Bacteria from the phyllosphere of non-sterile duckweed; SA:Bacteria from the incubation solution of non-sterile duckweed with antibiotics; DA:Bacteria from the phyllosphere of non-sterile duckweed with antibiotics. * indicates significant difference with control at 0.05 level.

其中D2、D8、D12和D13属于α-变形菌, 其16S rRNA基因与Asticcacaulis sp.(GU199450.1)、Sphingomonas sp.(AM900786.1)、Novosphingobium sp.(MH392629.1)和Porphyrobacter sp.(AB033326.1)的同源性分别为99.8%、97.7%、98.8%和99.3%;D3和D10属于β-变形菌, 其16S rRNA基因与Kinneretia sp.(KU360713.1)和Hydrogenophaga sp.(MK751587.1)的同源性分别为99.0%和99.2%;D6属于γ-变形菌, 其16S rRNA基因与Pseudomonas sp.(MG674651.1)的同源性为99.7%。

3 讨论

水生植物叶面生存着具有较高多样性的细菌群落, 这些细菌群落在生物地球化学循环中有着不可忽略的作用[6]。本研究结果表明, 浮萍叶面细菌群落导致有菌浮萍体系中AsⅢ的氧化, 这主要体现在3个方面:1)有菌浮萍处理相对于无菌浮萍处理对AsⅢ的快速氧化; 2)抗生素对该氧化过程的显著抑制; 3)AsⅢ氧化菌株全部分离于有菌浮萍叶面。在空白对照中, AsⅢ转化为AsⅤ的速率非常慢, 为AsⅢ的化学氧化[12]。当加入无菌浮萍后, 体系对AsⅢ氧化速率增强。高等植物对As的转化主要表现为还原, 因此无菌浮萍体系对AsⅢ的氧化可能主要由于浮萍的代谢(例如光合作用释放氧气)在一定程度上促进AsⅢ的化学氧化。含有浮萍的3个处理中, 被氧化的AsⅤ不断在溶液中累积。这主要是由于植物主要通过磷吸收蛋白吸收AsⅤ[13], 而培养液中高浓度的磷(1.0 mmol·L-1)抑制浮萍对AsⅤ的吸收。在大田环境中, 由于磷肥的广泛使用, 水生植物吸收AsⅤ受到高浓度磷的抑制, 这就使表层水体中的AsⅢ不断被浮水植物叶面细菌群落氧化为AsⅤ, 并以AsⅤ的形态进行累积。同时, 由于AsⅤ相对于AsⅢ更容易被矿物质吸附, 叶面细菌群落驱动的AsⅢ氧化有利于降低水环境中As的生物有效性[1]

由于不同培养体系中As形态动态变化的差异, 浮萍对As的总累积量和形态在不同处理间也表现出显著差异。无菌浮萍培养体系中AsⅢ为主要形态, 植物对AsⅢ的吸收主要受Si通道蛋白控制[13]。超纯水配制的培养液中Si浓度低, 对浮萍吸收AsⅢ的抑制作用小, 因而无菌浮萍对AsⅢ的总吸收速率快, 对As的累积浓度高。有菌浮萍体系中, 叶面细菌快速将AsⅢ氧化为AsⅤ, 受溶液中高浓度磷的抑制, AsⅤ进入浮萍的速率慢, 导致As在浮萍中的累积浓度低。本研究中, 有菌浮萍体系中微生物群落累积了非常高比例的As。这些结果表明叶面细菌群落的存在对浮萍累积As具有非常好的阻控作用。同时, 由于叶面细菌的快速氧化, 有菌浮萍培养溶液中AsⅢ长时间处于低浓度状态。这增加浮萍与溶液中AsⅢ的浓度梯度, 导致有菌浮萍中的AsⅢ更容易外排。有菌浮萍相对于无菌浮萍含有更低比例的AsⅢ, 说明水生植物叶面细菌群落对水生植物中As的形态有显著的影响。

添加抗生素抑制浮萍叶面细菌对AsⅢ的氧化, 增加溶液中AsⅢ的比例, 并减少浮萍叶面微生物对As的累积, 这导致浮萍对AsⅢ的吸收增加, 从而使浮萍中AsⅢ的比例和As累积总量也增加。本研究中采用的氯霉素能够抑制细菌蛋白合成[14], 因此有效抑制浮萍叶面细菌群落对AsⅢ的氧化。氯霉素的添加也能够抑制沉积物中微生物群落对AsⅢ的氧化, 但对AsⅤ的还原影响不显著[10]。这说明环境中AsⅢ的氧化更容易受抗生素污染的影响。近年来, 由于抗生素在人类医疗和动物养殖中的大量使用, 水体受抗生素污染的现象普遍[15-16]。抗生素在水体中的污染除了可能增加环境中的抗生素抗性基因外[16], 在污染程度严重的情况下可能也存在增加水生植物对As的总累积量和改变水生植物中As形态比例的风险。这对水生生态系统中As的生物地球化学循环产生不可忽视的影响, 值得进一步研究。

可培养的AsⅢ氧化细菌主要位于浮萍叶面, 但这些细菌在单独培养条件下对AsⅢ的氧化能力并不强。Zhang等[5]从被As污染的水稻土中分离到1株AsⅢ氧化菌株SY(Paracoccus sp.), 其能够在24 h内将1 mmol·L-1 AsⅢ完全氧化为AsⅤ。从浮萍叶面可培养细菌对AsⅢ较弱的氧化能力以及浮萍叶面细菌群落对AsⅢ的快速氧化推测, 浮萍叶面可能存在不可培养的对AsⅢ氧化能力更强的细菌, 同时浮萍叶面细菌群落对AsⅢ的氧化能力也可能由多种细菌协作完成。与浮萍培养试验的结果类似, 氯霉素可显著减少具备As氧化能力的可培养的叶面细菌, 这也证明AsⅢ氧化细菌对氯霉素的敏感性。从浮萍叶面分离到的AsⅢ氧化细菌均属于变形菌。通过对以往的研究调查发现, 从不同生境中分离获得纯培养的大部分AsⅢ氧化细菌也属于变形菌[5, 12]。Xie等[6]研究结果表明, 浮萍叶面细菌群落中变形菌的比例达97%以上。结合本研究中浮萍叶面细菌群落对AsⅢ的快速氧化能力, 稻田环境中浮萍或者其他浮水植物的叶面可能是获取AsⅢ氧化菌株的理想生境, 值得进一步探索。

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