【摘要】： 重金屬及其化合物在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用,導(dǎo)致大量含重金屬廢水、廢渣產(chǎn)生,對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。在重金屬污染治理中,如何降低或消除重金屬的毒性是減小重金屬污染危害的關(guān)鍵。自然界中許多菌種具有重金屬抗性和富集能力,因而用微生物法治理重金屬污染具有較好的前景。本文選用幾株不同形式的真菌用于重金屬離子的富集和吸附,分別對生長中的菌體對重金屬的抗性機制、富集特性,活性菌體和非活性菌體的吸附特征和機理進行了詳細(xì)研究與探討。 從湖南省岳陽市臨鄉(xiāng)銅鋅尾砂壩的尾砂中分離篩選出一株對Cu(II)和Zn(II)具有高抗性的富集菌CTB430-1,通過細(xì)胞形態(tài)觀察、ITS基因序列測定和系統(tǒng)發(fā)育分析,被鑒定為黃曲霉(Aspergillus flavus)。菌株CTB430-1對Cu(II)和Zn(II)具有較強的抗性,Cu(II)和Zn(II)對其最低 抑菌濃度分別為400和800mg/L。選擇的對比菌株黑曲霉(Aspergillus niger)的最低抑菌濃度分別為200和300mg/L,其對兩種重金屬的抗性相對較弱。CTB430-1對Cu(II)和Zn(II)的富集量分別在濃度為200和250mg/L時達到最大,為30.82和40.37mg/g。A. niger分別在150和250mg/L時達到最大,為8.89和22.80mg/g。 對菌體CTB430-1和A. niger富集Cu(II)和Zn(II)的影響因素如溶液初始pH值、重金屬初始濃度、共存離子、孢子液接種量、溫度進行了研究。結(jié)果表明,溶液初始pH值對兩個菌株的生長和富集量均有重要影響,pH≤2.0時抑制菌體的生長;隨pH值在2.0-5.0范圍內(nèi)增加,菌體生長量和富集量均增加;在pH值為5.0時均達到最大。在Cu(II)和Zn(II)為25-100mg/L范圍內(nèi),重金屬濃度增加對菌體CTB430-1和A. niger生長的有潛在抑制作用,導(dǎo)致菌體生長延滯期增加,兩種菌體生長量均在5d時達到平衡;兩種菌體對不同濃度Cu(II)和Zn(II)富集均分別在4d和5d時達到平衡。在Cu(II)和Zn(II)共存系統(tǒng)內(nèi),除在Cu(II)+Zn(II)濃度為(25+25)mg/L和(25+50)mg/L時對A. niger菌體生長有較小的促進作用外,對兩種菌體生長抑制作用均大于單離子系統(tǒng),金屬單離子濃度較高時,其競爭能力較強,富集能力相對較大。菌體CTB430-1和A. niger在Cu(II)和Zn(II)溶液的生長量和富集能力隨接入的孢子液體積增加而增加,在體積為1mL時達到平衡。兩菌體的生長量均在25℃-30℃之間達到最大,富集量在30℃-35℃之間達到最大。 電鏡掃描和透射分析CTB430-1和A. niger菌絲體富集Cu(II)和Zn(II)前后的表面特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化,表明菌體生長受重金屬毒害作用可能破壞了菌體表面結(jié)構(gòu),或菌絲體表面可能吸附了部分重金屬而使表面模糊;富集過程主要由表面吸附和胞內(nèi)富集兩部分組成。紅外光譜分析表明菌體CTB430-1對Cu(II)的富集并未破壞其本身的結(jié)構(gòu),羥基是CTB430-1吸附或絡(luò)合或螯合Cu(II)的主要活性基團,而A. niger吸附是由菌體中多糖類基團上的P作為配位原子與Cu(II)配位絡(luò)合所造成。 對CTB430-1和A. niger對Cu(II)和Zn(II)抗性機制進行研究。結(jié)果表明,高濃度的Cu(II)和Zn(II)顯著抑制了CTB430-1和A. niger生長,導(dǎo)致可溶性蛋白含量下降,還原型谷胱甘肽(GSH)含量顯著增加,說明GSH緩解了重金屬對細(xì)胞的氧化損傷作用;且超氧化物岐化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性隨重金屬濃度增加顯著增加,這是兩種菌體抵抗過氧化的主要表征之一,CTB430-1的酶活增加較大,說明CTB430-1對Cu(II)和Zn(II)的抗性較A. niger強。Cu(II)和Zn(II)作用時,可誘導(dǎo)CTB430-1和A. niger菌體丙二醛(MDA)含量增加,Cu(II)作用時顯著增加,說明活性氧自由基介導(dǎo)的膜質(zhì)過氧化作用是Cu(II)導(dǎo)致CTB430-1和A. niger細(xì)胞損傷的主要原因。 就外源NO對Cu(II)作用下菌株CTB430-1和A. niger抗氧化系統(tǒng)的影響進行研究。結(jié)果表明,低濃度NO處理(0.1mmol/L的硝普鈉(SNP)溶液)時,能促進CTB430-1和A. niger生長。外源NO可能通過減緩可溶性蛋白質(zhì)的降低,促成GSH的合成,誘導(dǎo)菌體內(nèi)SOD和CAT活性增強來增加菌株CTB430-1和A. niger的抗氧化能力。低濃度的NO可有效降低兩菌體內(nèi)MDA的含量來減緩Cu(II)的毒性,但高濃度NO(0.3mmol/L的SNP)的緩解作用不明顯。 對活性黑曲霉(Aspergillus niger)對Cd(II)和Zn(II)的吸附特征進行研究。結(jié)果表明,A. niger對Cd(II)和Zn(II)吸附的最佳pH值分別為4.0和6.0;其最佳吸附溫度和轉(zhuǎn)速范圍分別在25-30℃和100-150r/min。在最佳條件下,吸附量在Cd(II)和Zn(II)的初始濃度分別為75和150mg/L達到最大,分別為17.35和24.60mg/g;A. niger對兩種重金屬的吸附均在24h達到平衡;對Cd(II)和Zn(II)吸附均符合Langmuir等溫模型,吸附過程可由二級速率動力學(xué)方程描述。 本文還對非活性簡青霉(Penicillium simplicissimum)吸附Cd(II)、Zn(II)和Pb(II)的吸附等溫線、動力學(xué)和熱力學(xué)進行了研究,同時就溶液初始pH值、重金屬初始濃度、吸附劑用量、吸附時間、溫度和共存離子對吸附的影響進行了研究。結(jié)果表明,P. simplicissimum對Cd(II)、Zn(II)和Pb(II)吸附均符合R-P等溫模型,D-R方程的平均自由E值說明了吸附過程可能存在化學(xué)離子交換;不同溫度條件下的吸附動力學(xué)可由準(zhǔn)二級速率方程描述;吸附熱力學(xué)常數(shù)ΔG o、ΔHo和ΔS o數(shù)值表明該吸附反應(yīng)是自發(fā)過程,吸熱反應(yīng)。
【圖文】：

實驗中經(jīng)多次分離篩選，得到 1 株對 Cu(I為 CTB430-1。菌株在土豆培養(yǎng)基中經(jīng)多次分滿整個平面皿，菌絲疏松，表面呈黃綠色，背，菌絲多分枝，具有隔膜，有大量的分生孢子囊表面又生出呈放射狀排列的小梗，每個小梗色。根據(jù)菌落、細(xì)胞形態(tài)特征，初步判定為曲.3.2.2 ITS 序列測定結(jié)果對篩選的菌株進行 ITS 區(qū)域擴增，使用 TaCode No. D317）PCR 擴增目的片段，以 ITSrimer 為引物，擴增目的片段，，取 5μl 進行瓊脂

圖 2.2 菌株 CTB430Fig. 2.2 The PCR recycle produc以 Seq Forward primer 為引物對 CT如圖 2.3 所示。TCCGTAGGTGAACCTGCGGAAGGATAGCCCAACCTCCCACCCGTGTTTACTCCATTCATGGCCGCCGGGGGCTCTCACACCACGAACTCTGTCTGATCTAGTGAGTTAAAACTTTCAACAATGGATCTCCAGCGAAATGCGATAACTAGTGTGATCTTTGAACGCACATTGCGCCCCCTGGCGTCATTGCTGCCCATCAAGCACGGTCCGGGGGGGACGGGCCCCAAAGGC
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：X172;X505

【引證文獻】

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本文編號：2603395