在ORR污染地下水中，Mn和U濃度高達3 mM和0.6 mM（表1）。一般來說，EC50值對Mn和U較高，七種菌株中的五種對Mn的EC50值>150μM（有些>350μM），七種菌株中的六種對U的EC50值>200μM。例外是Castellaniella菌株MT123，對U的EC50僅6.0μM。該菌株生長最適pH（用于測量EC50值）低于任何其他菌株（表S2）。生長培養(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pH 5.5下金屬毒性增加。在ORR環(huán)境中，Cr僅存在于一些測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地下水中測量的最高Cr濃度。有趣的是，較高的EC50值并不對應(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），即使它從無檢測到Cr的井（GW066）分離（表1）。僅少數(shù)反例，每種菌株對三類污染金屬之一、二價金屬陽離子的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以避免沉淀問題。菌株在表3中按對COMM的耐受性排序，EC50值范圍從0.9到0.2倍COMM富集濃度。對COMM最敏感的菌株是Castellaniella菌株MT123（EC50 0.24x），它也對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（其他六種來自地下水），對COMM有第二高EC50值（0.7x）。
顯然，菌株分離來源的地下水的性質(zhì)并不是它們金屬耐受性的良好指標。例如，兩種Paenibacillus sp.菌株，MT086和MT124，都從最嚴重污染井（FW126）分離，但對COMM的EC50值非常不同（0.3x對0.9x）。這一結(jié)果也得到它們對單個金屬耐受性的支持，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離子，因為它在U（200μM）存在下富集而非COMM。無論如何，明顯七種ORR菌株的金屬耐受性性質(zhì)存在很大變異，并且這與來源地下水無關(guān)。
多種金屬對硝酸鹽還原速率的影響。
一個關(guān)鍵問題是反映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下生長于反硝化條件下，使用支持每種菌株在硝酸鹽存在下生長增加的碳源。細胞被收獲，并通過亞硝酸鹽的產(chǎn)生或消失測量全細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COMM下）有60倍變異。值范圍從5.4±0.7單位/OD660對于MT124到305±32單位/OD660對于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有關(guān)系（表3和圖3）。當ORR菌株在COMM存在下生長時，七種中的六種有與無COMM下測量相似的硝酸鹽還原酶活性（圖3）。
只有Castellaniella sp.菌株MT123，對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。當在無COMM下生長時，MT123的亞硝酸鹽還原酶活性為22.0±12.5單位/OD660，當與金屬混合物生長時為38.5±3.6單位/OD660。由于亞硝酸鹽生產(chǎn)用于測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。
對四種革蘭氏陽性菌株（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80 mM）之間的逆線性關(guān)系（r2>0.99）。由于這些菌株都沒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爭高，預計都不會積累。
匹配耐金屬菌株到ORR環(huán)境。
在先前對ORR環(huán)境的調(diào)查中，從93個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個井中的一個發(fā)現(xiàn)，而Castellaniella菌株MT123的ESV存在于32個不同井中，是調(diào)查中第177最常見的ESV（表4）。特別是，MT123構(gòu)成井FW104中ESV讀數(shù)的7%，這是一個靠近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）。實際上，對于所有在多個井中發(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）在它們分離來源的樣品中有ESV匹配，另一種（MT049）匹配到一個井（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)。實際上，從污染井分離的兩種菌株（MT094和MT123）都在至少一個原始井中發(fā)現(xiàn)，位于站點南部一個無已知污染源的限定點，距離S-3池塘約7公里。所有四種菌株也位于至少一個高度污染井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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