由于季銨鹽(quaternary ammonium compounds,QACs)大量應用于消毒劑、洗滌劑等產(chǎn)品,而這些生活必需品在給人類帶來便利的同時又對環(huán)境產(chǎn)生一定的威脅,這種污染物也正在威脅著人類的健康。大量的事實已經(jīng)證明它可以使人類致癌、致畸以及致突變等,如果這種危害持續(xù)下去,那么人類的自然生態(tài)環(huán)境和身心健康將會受到嚴重威脅。近些年以來,電處理、超聲波處理、有機溶劑和抗生素處理等方法均能實現(xiàn)對季銨鹽的處理。但這些方法治理費用高、效率比較低下、需要大量的人力,重要的是處理過程相當復雜。因此,急需尋找一種高效、環(huán)保且低成本的修復技術(shù),而生物修復技術(shù)近幾年受到許多研究者的歡迎。因此考慮用生物修復技術(shù)來處理季銨鹽類污染物。然而,季銨鹽類污染物是一類具有微生物消毒作用的化合物,因此利用微生物修復技術(shù)處理季銨鹽類污染物是本文的關(guān)鍵,而微生物修復技術(shù)的核心在于從生態(tài)系統(tǒng)中篩選對季銨鹽有抗性的菌株。1.我們從鎘超富集植物龍葵(Solanum nigrum L.)中分離到一株多金屬抗性內(nèi)生細菌L14(EB L14)對季銨化合物進行生物降解。從16S rDNA分析來看,該內(nèi)生菌屬于芽孢桿菌屬。該內(nèi)生菌經(jīng)過不同類型的鹽(NaCl、KCl、MgCl_2、CaCl_2)濃度誘導,隨著無機鹽濃度的升高,菌株EB L14的生長受到了抑制,而且抑制效果很明顯,這可能和微生物細胞在高濃度無機鹽的存在下失水有關(guān),影響了微生物的正常生長代謝;另外還可以分析出菌株EB L14對不同類型的無機鹽耐受能力是不一樣的,對Na~+、K~+耐受力最強,可以達到80g/L,其次是Mg~(2+),達到了40g/L;最后是Ca~(2+),達到了20g/L。2.菌株EB L14經(jīng)過不同類型的鹽濃度誘導之后,發(fā)現(xiàn)隨著鹽濃度的增加,其苯基烷基二甲基銨鹽(benzylalkyldimethylammonium compounds,BACs)的抗性也在增加。胞內(nèi)含水率的實驗已經(jīng)表明,細胞在高鹽濃度下會發(fā)生失水現(xiàn)象,致使細胞收縮,膜孔變小,BACs(C_(12)-alkylbenzyldimethylammonium chloride,C_(12)BDMA-Cl;C_(14)-alkylbenzyldimethylammonium chloride,C_(14)BDMA-Cl)不容易通過膜孔進入細胞內(nèi)部,從而減輕了對細胞的破壞,變相增強了內(nèi)生細菌對BACs的抗性。3.本文還研究了QACs高耐性超累積植物內(nèi)生菌對BACs的去除效果,結(jié)果表明:C_(12)BDMA-Cl初始濃度為5mg/L,六種不同鹽濃度誘導的抗性菌株在48h內(nèi)對BACs均表現(xiàn)出很好的降解效果,隨著鹽誘導濃度的升高降解率也逐漸升高。C_(12)BDMA-Cl初始濃度為10mg/L,前三種鹽濃度誘導下的抗性菌株由于其對BACs的抗性較小,大部分在生長的初期階段就已經(jīng)死亡,所以其對BACs的降解率低于20%;而后面三種菌株在48h內(nèi)對C_(12)BDMA-Cl降解率都在80%以上,這是因為它們本身的抗性就比較高。C_(12)BDMA-Cl初始濃度為15mg/L,這六種不同鹽濃度誘導的抗性菌株只有后兩種抗性菌株適應了C_(12)BDMA-Cl這樣的高濃度環(huán)境,而前四種菌株由于抗性比較弱,大部分在生長的初期階段就已經(jīng)衰亡,所以它們對C_(12)BDMA-Cl的降解率低于15%;而后面兩種菌株在48h內(nèi)對C_(12)BDMA-Cl有了很好的降解效果,降解率都在80%以上,這是因為它們本身的抗性就比較高,而且其降解率是逐漸升高的。4.研究了EB L14降解C_(14)BDMA-Cl的中間產(chǎn)物及其降解途徑,HPLC檢測到的生物降解的中間產(chǎn)物主要為芐基二甲胺(BDMA)、芐基甲胺(BMA)等。作為初始代謝物的BDMA的形成表明Calkyl-N鍵的裂解是n-四烷基芐基二甲基氯化銨降解的第一步;BMA的形成可能是由于去甲基化反應進一步降解BDMA。本實驗選取的超累積植物內(nèi)生菌對季銨鹽類污染物具有較好的抗性,并且達到了很好的去除效果,這為微生物修復技術(shù)在應用于季銨鹽類污染物處理方面提供了廣闊前景。
【學位單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X703;X17
【部分圖文】：

圖 1 QACs 的微生物降解途徑1.4 超累積植物超累積植物是一種可以大量吸附某種重金屬的植物，這種植物對重金屬有一種特殊的親和力，它的吸附量是一般植物的 100 倍左右，經(jīng)過大量的研究證明：超累積植物吸附的能力特別強，對 Cr、Cu、Pb 的吸附能力一般在其重量的 0.1%以上[50]。我們認定其是否屬于超積累植物，這里有兩個必不可少的參考標準：1.植物地上部分重金屬應達到一定含量。我們做過大量的實驗認為：Zn 和 Mn 為 10000 mg/kg 左右， Pb， Cu， As為 1000 mg/kg 左右， Cd 為 100 mg/kg 左右[51]；2.超累積植物地上部分重金屬含量我們一般認為大于根部的含量。我們認定一定要同時符合這兩個必須的標準，那么我們認為這種植物才是有效的超累積植物（吸附重金屬）。

圖 2.1 植物內(nèi)生菌 EB L14 的生長曲線從圖 2.1 中可以分析出超累積植物內(nèi)生菌 EB L14 在接種進入 LB 液體培養(yǎng)基后的 10h 以內(nèi)，內(nèi)生菌得到豐富的營養(yǎng)，細胞代謝活力最強，新細胞物質(zhì)合成的速率最快，生長迅速，大量繁殖，可以看出沒有經(jīng)過延遲期或者說延遲期很短，直接進入對數(shù)生長期，OD600 值增加到了 1.286；隨著 LB 液體培養(yǎng)基中的各種物質(zhì)被大量消耗，代謝產(chǎn)物長時間的大量積累，pH、電位等都有了不同程度的變化，溶解氧迅速被消耗且供應不足，這些各種不同的因素對植物內(nèi)生菌菌體本身產(chǎn)生了致命的危害；后面的14h可以說是穩(wěn)定期，最大OD600值出現(xiàn)在24h，達到1.565，在這個階段內(nèi)生菌總量達到了最大值，部分內(nèi)生菌已經(jīng)開始死亡。

植物內(nèi)生菌EBL14在不同Na+濃度下的生長曲線

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本文編號：2830475