在ORR污染地下水中，Mn和U濃度高達(dá)3 mM和0.6 mM（表1）。一般來(lái)說(shuō)，EC50值對(duì)Mn和U較高，七種菌株中的五種對(duì)Mn的EC50值>150μM（有些>350μM），七種菌株中的六種對(duì)U的EC50值>200μM。例外是Castellaniella菌株MT123，對(duì)U的EC50僅6.0μM。該菌株生長(zhǎng)最適pH（用于測(cè)量EC50值）低于任何其他菌株（表S2）。生長(zhǎng)培養(yǎng)基中鈾形態(tài)隨pH劇烈變化，從而影響毒性。
盡管Cr并非所有ORR污染地下水井中的主要污染物（表1），七種菌株對(duì)鉻酸鹽的EC50值范圍寬，從7.0μM到>0.5 mM（表3）。再次，Castellaniella菌株MT123有最低的EC50值，可能由于在較低生長(zhǎng)pH 5.5下金屬毒性增加。在ORR環(huán)境中，Cr僅存在于一些測(cè)試的污染地下水樣品中（FW126、FW106和FW109）（表1），并且除MT123外，所有菌株的EC50值大于ORR地下水中測(cè)量的最高Cr濃度。有趣的是，較高的EC50值并不對(duì)應(yīng)該菌株在環(huán)境中暴露于Cr。例如，Serratia菌株（MT049）的EC50為0.3 mM（表3），即使它從無(wú)檢測(cè)到Cr的井（GW066）分離（表1）。僅少數(shù)反例，每種菌株對(duì)三類污染金屬之一、二價(jià)金屬陽(yáng)離子的EC50值按順序Ni>Co>Cd>Cu降低（表3）。這通常與污染地下水中這些元素濃度的模式相同。Ni、Co、Cd和Cu的EC50值范圍分別為79至160μM、31至120μM、13至157μM和6至66μM。
每種ORR菌株也研究了其對(duì)金屬離子組合（Cd2+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Mn2+和UO22+）的響應(yīng)。這與富集中使用的COMM相同，除了省略Al以避免沉淀問(wèn)題。菌株在表3中按對(duì)COMM的耐受性排序，EC50值范圍從0.9到0.2倍COMM富集濃度。對(duì)COMM最敏感的菌株是Castellaniella菌株MT123（EC50 0.24x），它也對(duì)Co、U、Cr（不存在于COMM中）和亞硝酸鹽有最低EC50值（表3）。有趣的是，Pantoea sp.菌株MT058，它是兩種從未污染來(lái)源分離的菌株之一，并且是唯一從沉積物分離的菌株（其他六種來(lái)自地下水），對(duì)COMM有第二高EC50值（0.7x）。
顯然，菌株分離來(lái)源的地下水的性質(zhì)并不是它們金屬耐受性的良好指標(biāo)。例如，兩種Paenibacillus sp.菌株，MT086和MT124，都從最嚴(yán)重污染井（FW126）分離，但對(duì)COMM的EC50值非常不同（0.3x對(duì)0.9x）。這一結(jié)果也得到它們對(duì)單個(gè)金屬耐受性的支持，其中MT124顯示比MT086更耐受Cr、Cd、Cu、Ni和Mn（表3）。奇怪的是MT124高度耐受這些金屬陽(yáng)離子，因?yàn)樗赨（200μM）存在下富集而非COMM。無(wú)論如何，明顯七種ORR菌株的金屬耐受性性質(zhì)存在很大變異，并且這與來(lái)源地下水無(wú)關(guān)。
多種金屬對(duì)硝酸鹽還原速率的影響。
一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是反映ORR污染環(huán)境的金屬混合物是否影響任何ORR菌株還原硝酸鹽的能力。七種ORR菌株在存在和不存在COMM下生長(zhǎng)于反硝化條件下，使用支持每種菌株在硝酸鹽存在下生長(zhǎng)增加的碳源。細(xì)胞被收獲，并通過(guò)亞硝酸鹽的產(chǎn)生或消失測(cè)量全細(xì)胞硝酸鹽和亞硝酸鹽還原酶水平。如圖3所示，七種菌株的特定硝酸鹽還原活性（在無(wú)COMM下）有60倍變異。值范圍從5.4±0.7單位/OD660對(duì)于MT124到305±32單位/OD660對(duì)于MT086，兩者都是Paenibacillus菌株。硝酸鹽還原速率和硝酸鹽耐受性之間似乎沒(méi)有關(guān)系（表3和圖3）。當(dāng)ORR菌株在COMM存在下生長(zhǎng)時(shí)，七種中的六種有與無(wú)COMM下測(cè)量相似的硝酸鹽還原酶活性（圖3）。
只有Castellaniella sp.菌株MT123，對(duì)COMM最敏感的菌株（表3），顯示顯著降低（從6.0±1.3到1.5±0.6單位/OD660）。MT123也是唯一有可檢測(cè)亞硝酸鹽還原酶活性的菌株。所有其他六種菌株缺乏可檢測(cè)亞硝酸鹽還原酶活性，表明這些菌株還原硝酸鹽并排泄生成的亞硝酸鹽。當(dāng)在無(wú)COMM下生長(zhǎng)時(shí)，MT123的亞硝酸鹽還原酶活性為22.0±12.5單位/OD660，當(dāng)與金屬混合物生長(zhǎng)時(shí)為38.5±3.6單位/OD660。由于亞硝酸鹽生產(chǎn)用于測(cè)定硝酸鹽還原酶活性，MT123的亞硝酸鹽還原酶活性存在可能導(dǎo)致該菌株的硝酸鹽還原酶活性被低估。相反，除MT123外，圖3中顯示的ORR菌株的硝酸鹽還原活性可能真實(shí)反映它們還原硝酸鹽的能力，并且明顯菌株間存在巨大變異。更重要的是，這些largely不受高濃度多種金屬影響。
對(duì)四種革蘭氏陽(yáng)性菌株（MT066、MT086、MT094和MT124）觀察到特定硝酸鹽還原活性和亞硝酸鹽耐受性（高達(dá)80 mM）之間的逆線性關(guān)系（r2>0.99）。由于這些菌株都沒(méi)有亞硝酸鹽還原酶活性，一種解釋是較高硝酸鹽還原產(chǎn)生亞硝酸鹽速率的菌株tuned在電子供體有限環(huán)境中生存，其中硝酸鹽和亞硝酸鹽競(jìng)爭(zhēng)高，預(yù)計(jì)都不會(huì)積累。
匹配耐金屬菌株到ORR環(huán)境。
在先前對(duì)ORR環(huán)境的調(diào)查中，從93個(gè)污染和未污染井取地下水樣品，并獲得V4區(qū)域的16S rRNA基因序列數(shù)據(jù)。我們使用這些數(shù)據(jù)搜索本文描述的七種ORR菌株的16S rRNA基因序列V4區(qū)域的ESV匹配。七種菌株中，兩種Paenibacillus菌株（MT086和MT124）在ORR調(diào)查中沒(méi)有ESV匹配，但其他五種有。然而，這五種ESV的豐度變異很大。例如，Bacillus菌株MT066的ESV僅在93個(gè)井中的一個(gè)發(fā)現(xiàn)，而Castellaniella菌株MT123的ESV存在于32個(gè)不同井中，是調(diào)查中第177最常見(jiàn)的ESV（表4）。特別是，MT123構(gòu)成井FW104中ESV讀數(shù)的7%，這是一個(gè)靠近S-3池塘的高度污染井，MT123從中分離。
如圖4所示，所有五種ORR菌株的ESV匹配發(fā)現(xiàn)在井中跨越寬范圍pH值（從3.1到10.4）（圖4A）和鈾濃度（0.007到143μM）（圖4B）。實(shí)際上，對(duì)于所有在多個(gè)井中發(fā)現(xiàn)的四種菌株（MT049、MT058、MT094和MT123），每種都在未污染（pH~7.0，U<;0.126μM）和高度污染井（pH<4.0，U>70μM）中發(fā)現(xiàn)。
每個(gè)井位置的ESV豐度顯示用于MT123（圖5）、MT049、MT058和MT094。如圖5所示，井跨越一個(gè)11公里x 1公里區(qū)域within Bear Creek Valley包含S-3池塘。分離四種ORR菌株（有ESV數(shù)據(jù)可用）的井用白色指針標(biāo)記，S-3池塘用紅色方塊指示（圖5）。
兩種菌株從S-3池塘10米內(nèi)的污染井分離（MT123和MT094），而MT049從未污染井分離，MT058從原始沉積物樣品分離，取自S-3池塘7公里外。三種菌株（MT058、MT094和MT123）在它們分離來(lái)源的樣品中有ESV匹配，另一種（MT049）匹配到一個(gè)井（GW537）有0.65%ESV讀數(shù)，距離分離井不到500米。在地理上，基于ESV數(shù)據(jù)，所有四種菌株在未污染和污染井中都發(fā)現(xiàn)。實(shí)際上，從污染井分離的兩種菌株（MT094和MT123）都在至少一個(gè)原始井中發(fā)現(xiàn)，位于站點(diǎn)南部一個(gè)無(wú)已知污染源的限定點(diǎn)，距離S-3池塘約7公里。所有四種菌株也位于至少一個(gè)高度污染井next to the S-3池塘。例如，高度污染井包括FW106、FW109和FW104，所有within 10 m of the S-3池塘。MT049在FW106中占ESV讀數(shù)的0.026%，MT058在FW106中占0.051%，MT094在FW109中占1.21%，MT123在FW104中占7.0%。通過(guò)ESV將分離物位置映射回ORR環(huán)境顯示，能夠在污染環(huán)境中生存的菌株并不限于這種專門(mén)環(huán)境。此外，在環(huán)境相關(guān)污染條件下富集和分離硝酸鹽還原菌株產(chǎn)生耐金屬菌株，即使從未污染環(huán)境。
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