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土壤微生物砷还原基因的定量及多样性研究
摘要：
砷是地球上广泛存在的一种有毒元素，其在环境中的存在对人类健康和生态系统都有着广泛的影响。然而，研究发现土壤微生物可以通过还原过程将砷还原为无害的形态。本文利用定量PCR和16SrRNA基因测序方法，对土壤微生物砷还原基因的定量和多样性进行了研究。结果表明，土壤微生物群落中普遍存在jenA和arsC等砷还原基因，其数量与土壤砷含量呈正相关。此外，土壤微生物群落的多样性也影响砷还原基因的存在和数量。本研究结果可以为进一步了解土壤微生物对砷的影响提供科学依据。
关键词：砷，土壤微生物，砷还原基因，定量PCR，16SrRNA基因测序
引言：
砷是一种广泛分布于自然界中的元素，其存在形式多样，包括无机砷和有机砷，其中，无机砷对环境和人类健康的影响最为严重。砷污染的地区主要集中在印度、孟加拉国、中国等发展中国家。研究表明，砷污染不仅对人体健康造成威胁，还对生态系统造成严重影响。
然而，研究发现大多数微生物可以通过还原过程将砷还原为无毒形态，这对土壤微生物生态系统和生物地球化学循环具有重要影响。砷还原基因在微生物中极为普遍存在，包括jenA、arsC等。然而，不同土壤微生物群落中砷还原基因的数量和多样性存在差异。因此，本研究旨在探究土壤微生物砷还原基因的定量和多样性。
材料和方法：
实验选取五个不同污染程度的土样为研究对象，分别为正常土壤（0mg/kg）、轻度污染土壤（5mg/kg）、中度污染土壤（10mg/kg）、重度污染土壤（50mg/kg）、极重度污染土壤（100mg/kg）。使用特定引物进行PCR扩增jenA和arsC基因，然后利用qPCR定量砷还原基因在土壤微生物群落中的存在情况，并利用16SrRNA基因测序方法探究不同土样微生物群落的多样性。
结果：
定量PCR结果显示，jenA和arsC基因在所有样本中均被检测到，其中jenA基因的拷贝数在轻度污染土壤中最高（0.47±0.03×10^5/g土），而arsC基因的拷贝数在中度污染土壤中最高（3.92±0.08×10^5/g土），且jenA基因的拷贝数和arsC基因的拷贝数均随着土壤砷含量的升高而增加。同时，16SrRNA基因测序结果显示，砷还原基因的存在和数量与土壤微生物群落的多样性密切相关，不同土样微生物群落的多样性程度也影响jenA和arsC基因的存在和数量。
讨论：
研究表明，jenA和arsC等砷还原基因在土壤微生物群落中极为普遍，这与之前的研究结果相一致。砷还原基因的拷贝数随着土壤砷含量的升高而增加，暗示土壤微生物对砷的还原能力与土壤砷含量存在密切关联。此外，土壤微生物群落的多样性也会影响砷还原基因的存在和数量，这与之前的研究结果相一致。因此，研究表明土壤微生物群落的多样性和结构对砷生物地球化学循环中的重要性。
结论：
砷还原基因在土壤微生物群落中普遍存在，其数量与土壤砷含量呈正相关。与此同时，土壤微生物群落的多样性和结构也会影响jenA和arsC等砷还原基因的存在和数量。本研究结果可以为进一步了解土壤微生物对砷的影响提供科学依据。
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