本文選題：白腐真菌　切入點(diǎn)：重金屬　出處：《湖南大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：社會(huì)的發(fā)展導(dǎo)致越來(lái)越多的污染物質(zhì)排放到環(huán)境中,其中重金屬排放與污染問(wèn)題尤其嚴(yán)重。重金屬是重要的環(huán)境污染物質(zhì),不能被生物降解,可在各環(huán)境介質(zhì)間循環(huán)運(yùn)動(dòng),形成對(duì)環(huán)境的永久性污染,嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境。生物吸附技術(shù),尤其是以微生物作為重金屬的生物吸附劑以緩解重金屬毒性或從廢水中回收有用的重金屬得到了越來(lái)越多的關(guān)注。但是,在重金屬處理過(guò)程中,微生物細(xì)胞長(zhǎng)期暴露于各種濃度的重金屬環(huán)境中,不可避免地對(duì)菌體細(xì)胞的生長(zhǎng)生理生化等諸方面產(chǎn)生影響,某些微生物仍能在重金屬脅迫環(huán)境中存活或生長(zhǎng),表現(xiàn)出對(duì)金屬的抗性,有些微生物還通過(guò)生物轉(zhuǎn)化作用或生理代謝活動(dòng)使金屬由高毒狀態(tài)變?yōu)榈投緺顟B(tài)。因此,研究重金屬處理過(guò)程中微生物細(xì)胞與重金屬的相互作用,不僅對(duì)探索微生物細(xì)胞抵御重金屬離子損傷效應(yīng)的微觀機(jī)理、調(diào)控應(yīng)用過(guò)程中微生物的生物效應(yīng)具有非常重要的意義,而且可為提高處理效率以及微生物對(duì)各種環(huán)境介質(zhì)中重金屬的處理能力、經(jīng)濟(jì)有效地將微生物應(yīng)用于重金屬污染廢水或底泥等水環(huán)境的生物修復(fù)提供理論借鑒。白腐真菌由于其降解高效性、適用性強(qiáng)的特點(diǎn),在重金屬及有機(jī)物處理領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。因此,本研究選用白腐真菌的模式菌種黃孢原毛平革菌為研究對(duì)象,選擇對(duì)黃孢原毛平革菌毒性較大的重金屬Cd為脅迫介質(zhì),探討Cd處理過(guò)程中黃孢原毛平革菌的生物量、形態(tài)、代謝活性及生化過(guò)程等方面的影響,并考察黃孢原毛平革菌為響應(yīng)重金屬毒性而產(chǎn)生的一系列抗性行為機(jī)制,全面系統(tǒng)地研究Cd脅迫過(guò)程中的細(xì)胞損傷效應(yīng)以及黃孢原毛平革菌對(duì)重金屬離子的耐受性和抗性系統(tǒng)的組成與響應(yīng)機(jī)制。本文的具體研究工作及成果包括以下4個(gè)部分內(nèi)容:第1部分為黃孢原毛平革菌對(duì)重金屬的吸附富集特性及其固定化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用研究。研究了黃孢原毛平革菌成熟菌體對(duì)Pb和Cd的吸附情況,發(fā)現(xiàn)白腐真菌能有效吸附和富集重金屬,但是吸附效率有限。利用磁性納米和海藻酸鈣共固定化黃孢原毛平革菌實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),固定化技術(shù)增加了菌絲的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性,強(qiáng)化了吸附劑的處理效率。黃孢原毛平革菌在重金屬?gòu)U水處理領(lǐng)域的可應(yīng)用性研究是后續(xù)交互作用研究的重要基礎(chǔ)。第2部分為Cd脅迫過(guò)程中黃孢原毛平革菌的生理毒性效應(yīng)及氧化損傷效應(yīng)研究。重金屬?gòu)U水處理過(guò)程中,由于白腐真菌長(zhǎng)期暴露于重金屬離子中,受到刺激的白腐真菌會(huì)產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng),但應(yīng)激反應(yīng)的持續(xù)或過(guò)度進(jìn)行均會(huì)對(duì)細(xì)胞造成損傷,進(jìn)而影響處理效率。因此對(duì)廢水處理過(guò)程中白腐真菌毒性效應(yīng)的分析與評(píng)價(jià)是本研究的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)建立了不同濃度Cd存在下(0、20、50、100 mg/L)黃孢原毛平革菌的生長(zhǎng)體系,測(cè)定了黃孢原毛平革菌的生物量和細(xì)胞外木質(zhì)素過(guò)氧化物酶(lip和mnp)活性,重點(diǎn)研究cd脅迫過(guò)程中菌體內(nèi)h2o2水平和脂膜過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛mda的變化情況,在此基礎(chǔ)上得到了重金屬富集含量與氧化損傷之間的劑量-效應(yīng)曲線。結(jié)果表明cd在菌體內(nèi)的富集是導(dǎo)致其毒性的直接原因,cd富集可影響菌體的生長(zhǎng)代謝過(guò)程,并誘導(dǎo)生物體內(nèi)產(chǎn)生活性氧,破壞活性氧生成與清除機(jī)制的動(dòng)態(tài)平衡,造成氧化損傷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明了重金屬脅迫條件下黃孢原毛平革菌的細(xì)胞損傷類型與損傷程度,可以為全面評(píng)價(jià)重金屬污染對(duì)微生物的毒性提供理論依據(jù),對(duì)進(jìn)一步更好的確定重金屬毒性指標(biāo)具有重要的理論價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。第3部分著重研究了黃孢原毛平革菌對(duì)重金屬脅迫的耐受性和抗性機(jī)制。(1)研究黃孢原毛平革菌胞外草酸在cd脅迫中的作用過(guò)程,探討黃孢原毛平革菌細(xì)胞外絡(luò)合機(jī)制在重金屬脅迫過(guò)程中的響應(yīng)機(jī)制。發(fā)現(xiàn)cd脅迫條件會(huì)誘導(dǎo)黃孢原毛平革菌細(xì)胞外草酸的合成與分泌,同時(shí)分析發(fā)現(xiàn)草酸濃度與黃孢原毛平革菌生長(zhǎng)抑制率呈負(fù)相關(guān)。外源草酸添加可以促進(jìn)菌體對(duì)cd的吸附,同時(shí)實(shí)驗(yàn)證實(shí)胞外草酸的絡(luò)合作用是黃孢原毛平革菌對(duì)cd耐受和解毒的原因之一,草酸可與金屬形成不溶性的草酸鹽沉淀,降低重金屬的活度和移動(dòng)性,達(dá)到體外解毒的目的。(2)系統(tǒng)研究了黃孢原毛平革菌細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的組成及其在重金屬脅迫過(guò)程中的響應(yīng)機(jī)制,重點(diǎn)考察了黃孢原毛平革菌細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶的細(xì)胞應(yīng)激保護(hù)作用以及抗氧化分子的調(diào)控作用機(jī)理。發(fā)現(xiàn)在cd處理過(guò)程中,cd富集導(dǎo)致的活性氧水平上升可以顯著誘導(dǎo)菌體內(nèi)抗氧化酶和小分子抗氧化物質(zhì)的合成與分泌,cd脅迫下三種抗氧化酶(超氧化歧化酶sod、過(guò)氧化氫酶cat、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶gsh-px)活性增加以清除細(xì)胞內(nèi)富集的活性氧;同時(shí)活性氧分子可作為傷害信號(hào)誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)小分子抗氧化物質(zhì)的合成,小分子抗氧化物質(zhì)(谷胱甘肽gsh、多酚類phenolic、抗壞血酸asc)含量表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì),抗氧化分子不斷消耗以清除細(xì)胞內(nèi)過(guò)量的活性氧,維持細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)。(3)研究谷胱甘肽gsh作為重金屬絡(luò)合物在重金屬解毒過(guò)程中的作用機(jī)制。pb富集條件下,谷胱甘肽濃度變化很小(0.72-0.84μmol),但是cd脅迫使得谷胱甘肽的濃度變化在0.37μmol范圍內(nèi)。通過(guò)分析hno3提取過(guò)程中釋放的gsh與菌體富集的pb和cd的濃度相關(guān)性發(fā)現(xiàn),gsh釋放量與cd的富集呈正比,而與pb富集無(wú)明顯的相關(guān)性。此外,pb/gsh的摩爾比在0.10至0.18范圍內(nèi),cd/gsh的摩爾比在1.53-3.32范圍內(nèi),說(shuō)明黃孢原毛平革菌體系中g(shù)sh對(duì)cd有更強(qiáng)的螯合能力,可將有毒金屬離子封閉或轉(zhuǎn)變成為低毒的形式,在cd脅迫條件下,gsh迅速消耗,gsh可作為螯合劑參與到cd的解毒機(jī)制中。因此,研究谷胱甘肽的代謝及其在緩解重金屬毒性方面的作用可以為提高微生物應(yīng)用于重金屬處理提供重要信息。第4部分是在前3部分的研究基礎(chǔ)上著重開(kāi)展黃孢原毛平革菌堆肥化處理重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染底泥的應(yīng)用研究。堆肥技術(shù)是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)有效的有機(jī)固體廢物處理與資源化利用技術(shù),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)接種黃孢原毛平革菌可以加速堆肥過(guò)程中cd的形態(tài)轉(zhuǎn)化和壬基酚的降解,堆肥30天后可實(shí)現(xiàn)壬基酚的完全降解,Cd由可交換態(tài)向殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程明顯,說(shuō)明接種黃孢原毛平革菌可強(qiáng)化堆肥處理技術(shù)對(duì)重金屬和有機(jī)物的處理處置。本論文系統(tǒng)研究了重金屬處理過(guò)程中重金屬與黃孢原毛平革菌的交互作用,不僅對(duì)探索黃孢原毛平革菌抵御重金屬離子損傷效應(yīng)的微觀機(jī)理、調(diào)控處理過(guò)程中微生物的生物效應(yīng)具有非常重要的意義,而且為提高其處理效率以及微生物對(duì)環(huán)境中重金屬的處理能力、經(jīng)濟(jì)有效地將黃孢原毛平革菌或其他耐重金屬功能微生物應(yīng)用于重金屬污染水體和底泥的生物修復(fù)提供理論借鑒。
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【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X172
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本文編號(hào)：1600535