本文關(guān)鍵詞：苜蓿中華根瘤菌胞外聚合物吸附銅機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微生物胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)被定義為生物絮凝劑之一。胞外聚合物是無毒的、廉價的、能夠穩(wěn)定存在的二次代謝產(chǎn)物。由于其生物可降解性常被看做是結(jié)構(gòu)不確定的一類生物聚合物。胞外聚合物由細(xì)胞分泌出,能夠附著于細(xì)胞表面或者被釋放到周圍環(huán)境中,并且可以以不同形式存在。本實驗主要是利用不同方法提取、分析胞外聚合物的組成、結(jié)構(gòu)、形貌特點,研究其對周圍環(huán)境和細(xì)胞自身的影響。本實驗室從陜西鳳縣重金屬礦區(qū)的尾礦區(qū)所生長的野生天藍(lán)苜蓿中分離到的根瘤菌S.meliloti CCNWSX0020,共生固氮細(xì)菌,能夠抗1.4 m M銅離子的影響。實驗室研究表明,S.meliloti CCNWSX0020胞外聚合物能夠有效的吸附除去銅離子。通過對比野生型菌體與其突變體SXa胞外聚合物對金屬離子抗性的影響,發(fā)現(xiàn)相對于突變體來說野生型菌體胞外聚合物能夠吸附更多的銅離子。胞外聚合物能夠積累在微生物細(xì)胞表面,引起細(xì)胞聚集,并通過減少外部惡劣環(huán)境對細(xì)胞的影響來保護細(xì)胞。通過實驗確定胞外聚合物提取的方法:可溶性胞外聚合物(S-EPS,5000r/min,離心10min),松散鍵合胞外聚合物(LB-EPS,40w超聲1min,7000r/min,離心20min),緊密鍵合胞外聚合物(TB-EPS,80°C熱處理10min,15000r/min,離心20min)。通過對比分析了野生型及其突變體菌株三種胞外聚合物中多糖、蛋白質(zhì)、核酸的組成。確定多糖在其中占有主要成分,其次是蛋白質(zhì)。對比苜蓿中華根瘤菌野生型及其突變體三種胞外聚合物對溶液中銅離子的吸附效果,發(fā)現(xiàn)野生型苜蓿中華根瘤菌S.meliloti CCNWSX0020 LB-EPS對銅離子的吸附效果最好。在對胞外聚合物吸附銅離子的機理研究中發(fā)現(xiàn),在野生型苜蓿中華根瘤菌三種胞外聚合物吸附過程中,溶液p H不斷降低,H+的濃度不斷增加,在三種胞外聚合物吸附銅離子的過程中,H+不斷被釋放出,銅離子主要以離子交換的方式結(jié)合在胞外聚合物上。從傅立葉變換紅外光譜分析中可以知道,胞外聚合物上含有羧基、羥基、氨基等官能團,可以確定蛋白質(zhì)和多糖都參與了吸附的過程,胞外蛋白和其他胞外多糖都攜帶有負(fù)電荷基團,這些帶負(fù)電的基團在吸附過程中都能起到連接橋梁的作用。掃描電子顯微鏡對胞外聚合物的觀察研究中發(fā)現(xiàn),野生型苜蓿中華根瘤菌胞外聚合物表面要比突變體菌株胞外聚合物表面粗糙。野生型苜蓿中華根瘤菌LB-EPS表面更為粗糙,有很多蜂窩孔狀結(jié)構(gòu)。LB-EPS比其他胞外聚合物具有更大的比表面積,并且具有相對松散的結(jié)構(gòu)和較大的內(nèi)部空間。這些特點都使得LB-EPS在胞外聚合物吸附重金屬離子過程中起了非常重要的作用。在LB-EPS吸附過程的研究中發(fā)現(xiàn),升高p H吸附率隨之升高。pH=5可以保證較高的吸附率和避免金屬離子沉淀�？紤]到吸附率和后期LB-EPS的應(yīng)用性,吸附過程選擇室溫(25℃)作為實驗溫度。當(dāng)初始金屬離子濃度增加時,吸附率增加,但是當(dāng)達(dá)到吸附平衡后,金屬離子的濃度增加也不會帶來吸附率的顯著增加。所以選擇初始金屬離子濃度為1.5m M,同時確定LB-EPS投加量為50mg/L。共存離子實驗結(jié)果說明溶液中其他共存金屬離子會影響LB-EPS對銅離子的吸附。通過吸附等溫模型研究說明Langmuir等溫吸附模型更適合用于描述LB-EPS對銅離子吸附的過程。并且在吸附過程中內(nèi)擴散速率成為吸附過程的主要限速步驟。通過LB-EPS吸附銅離子過程中的熱力學(xué)研究,說明此吸附過程是吸熱反應(yīng),并且吸附過程是自發(fā)的進(jìn)行的。隨著溫度的升高反應(yīng)的自發(fā)性增強。在吸附和解吸附的反復(fù)循環(huán)中,隨著循環(huán)次數(shù)的增加LB-EPS吸附和解吸附速率都有所降低。在LB-EPS應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn),在靜態(tài)吸附實驗中,對LB-EPS海藻酸鈣凝膠珠來說,LB-EPS包埋比為1/30、添加量為60顆/100ml溶液、金屬離子溶液p H=5、吸附溫度為35℃、銅離子濃度為2.0m M是比較適合的吸附條件。Langmuir等溫吸附模型更適用于描述LB-EPS海藻酸鈣凝膠珠靜態(tài)吸附過程。在柱吸附實驗中LB-EPS海藻酸鈣凝膠珠的柱吸附率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未固定化的LB-EPS和LB-EPS海藻酸鈣凝膠珠靜態(tài)吸附的吸附率�？偟膩碚fLB-EPS海藻酸鈣凝膠珠的柱吸附和解吸附效果是比較好的,這些為今后推廣應(yīng)用LB-EPS海藻酸鈣凝膠珠柱吸附提供了一定的理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：胞外聚合物 苜蓿中華根瘤菌 銅抗性 生物吸附
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X172
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 文獻(xiàn)綜述12-35
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 生物吸附13-16
• 1.2.1 生物吸附的定義13-14
• 1.2.2 生物吸附過程的影響因素14-16
• 1.3 胞外聚合物16-18
• 1.3.1 胞外聚合物概述16-17
• 1.3.2 胞外聚合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)17-18
• 1.4 胞外聚合物的提取方式18-21
• 1.5 胞外聚合物的組成21-24
• 1.5.1 多糖21-22
• 1.5.2 蛋白質(zhì)22
• 1.5.3 核酸22-23
• 1.5.4 脂類23
• 1.5.5 腐殖質(zhì)23-24
• 1.6 胞外聚合物在環(huán)境中的應(yīng)用24-33
• 1.6.1 金屬的去除和回收24-25
• 1.6.2 污水處理25-29
• 1.6.3 色素污染物的去除29-30
• 1.6.4 污泥脫水作用30-31
• 1.6.5 有機組分的去除31
• 1.6.6 垃圾滲濾液處理31-32
• 1.6.7 土壤修復(fù)和再生32-33
• 1.7 本論文的研究目的、意義和研究內(nèi)容33-35
• 1.7.1 研究目的、意義33
• 1.7.2 研究內(nèi)容33-35
• 第二章 胞外聚合物對苜蓿中華根瘤菌重金屬離子抗性的影響及其提取和分析35-47
• 2.1 引言35
• 2.2 實驗材料與方法35-39
• 2.2.1 實驗材料35-37
• 2.2.2 實驗方法37-39
• 2.3 結(jié)果與討論39-45
• 2.3.1 銅離子在胞外富集情況39-41
• 2.3.2 野生型苜蓿中華根瘤菌胞外聚合物提取41-44
• 2.3.3 苜蓿中華根瘤菌突變體SXa與野生型胞外聚合物提取結(jié)果對比44-45
• 2.4 本章小結(jié)45-47
• 第三章 苜蓿中華根瘤菌胞外聚合物對溶液中銅離子作用機理47-61
• 3.1 引言47
• 3.2 實驗材料與方法47-49
• 3.2.1 實驗試劑與儀器47
• 3.2.2 實驗方法47-49
• 3.3 結(jié)果與討論49-60
• 3.3.1 野生型以及突變體苜蓿中華根瘤菌S-EPS、LB-EPS、TB-EPS對金屬離子的吸附效果49-50
• 3.3.2 野生型苜蓿中華根瘤菌胞外聚合物吸附過程pH變化50-51
• 3.3.3 胞外聚合物的傅立葉變換紅外光譜分析51-56
• 3.3.4 掃描電子顯微鏡（SEM）分析56-60
• 3.4 本章小結(jié)60-61
• 第四章 苜蓿中華根瘤菌LB-EPS對溶液中銅離子吸附及其過程動力學(xué)、熱力學(xué)研究61-74
• 4.1 引言61
• 4.2 實驗材料與方法61-62
• 4.2.1 實驗材料61
• 4.2.2 實驗儀器61
• 4.2.3 實驗方法61-62
• 4.3 結(jié)果與討論62-72
• 4.3.1 吸附過程的影響因素62-66
• 4.3.2 LB-EPS等溫吸附模型66-68
• 4.3.3 LB-EPS吸附過程動力學(xué)研究68-70
• 4.3.4 LB-EPS吸附熱力學(xué)研究70-71
• 4.3.5 解吸附過程研究71-72
• 4.4 本章小結(jié)72-74
• 第五章 固定化苜蓿中華根瘤菌LB-EPS對溶液中銅離子吸附過程研究74-84
• 5.1 引言74
• 5.2 實驗材料與方法74-75
• 5.2.1 材料與儀器74
• 5.2.2 實驗方法74-75
• 5.3 結(jié)果與討論75-83
• 5.3.1 靜態(tài)吸附實驗75-81
• 5.3.2 柱吸附過程81-83
• 5.4 本章小結(jié)83-84
• 第六章創(chuàng)新與展望84-85
• 6.1 創(chuàng)新84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-102
• 附錄一102-103
• 附錄二103-105
• 附錄三105-107
• 致謝107-108
• 作者簡介108
• 博士期間發(fā)表的論文情況108

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 ;Production and application of a novel bioflocculant by multiple-microorganism consortia using brewery wastewater as carbon source[J];Journal of Environmental Sciences;2007年06期

2 常前發(fā);;我國礦山尾礦綜合利用和減排的新進(jìn)展[J];金屬礦山;2010年03期

3 龍健,黃昌勇,滕應(yīng),姚槐應(yīng);礦區(qū)重金屬污染對土壤環(huán)境質(zhì)量微生物學(xué)指標(biāo)的影響[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2003年01期

  本文關(guān)鍵詞：苜蓿中華根瘤菌胞外聚合物吸附銅機制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：402987