耐辐射奇球菌对铜/铬/铀的吸附作用及其基因工程载体的构建

摘要

研究背景: 环境污染已成为人们迫切关注的问题，工业的生产发展所产生的重金属污染严重危害着人类健康和破坏生态环境。目前处理环境中的重金属离子主要是用物理方法和化学方法，但用这些方法处理重金属污染都不是最佳的选择。近几年来兴起用生物方法进行处理，其根本就是使用微生物本身所带有的吸附或者还原等方法将重金属污染物进行清除。耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans，DR）是一种目前世界上所知的对电离辐射损伤具有超强抗性的细菌，利用其对放射性和重金属污染物的生物修复具有较大的前景。硫酸盐还原菌（SRB）是一类具有较强还原作用的细菌,它能够将一些高价的重金属离子如六价铬离子和铀酰离子还原为低价状态以降低其对环境毒性。 研究目的： 本研究旨在探索耐辐射奇球菌对重金属离子铜和铬的吸附作用，探索在模拟铀废水的条件下耐辐射奇球菌对放射性物质铀的吸附。利用耐辐射奇球菌的超强的辐射抗性和硫酸盐还原菌的强还原性，将硫酸盐还原菌的超强还原基因DsrA基因转入到耐辐射奇球菌中，以期构建既具有超强辐射抗性又具有较强还原作用的基因工程菌。以实现能够处理铀废水溶液中的铀，将高价的铀离子吸附并还原为低价不溶的四价铀，达到对铀废水进行净化处理，减少对环境的危害。 研究方法： 本研究将探讨影响耐辐射奇球菌对重金属离子铜和铬，放射性金属铀的吸附作用的因素。探索在不同的时间，不同的离子浓度和不同菌液浓度下耐辐射奇球菌对金属离子的吸附条件。使用红外光谱仪分析耐辐射奇球菌吸附这些金属离子前后的官能基团的变化，电子扫描电镜观察细菌吸附这些重金属离子后的表面变化情况。构建含有硫酸盐还原菌DsrA基因的载体pRADK-DsrA，以氯化钙法将构建好的载体转化到耐辐射奇球菌中，以增强耐辐射奇球菌的还原能力。 研究结果： 红外光谱仪显示了耐辐射奇球菌吸附Cu2+、Cr6+和铀前后的氨基、羟基、羧基等活性官能基团的变化，证实了其Cu2+、Cr6+和铀产生了吸附作用。能谱定性分析发现了细菌吸附Cu2+、Cr6+和铀后的吸收峰，电子扫描电镜发现了这两种细菌吸附Cu2+、Cr6+和铀前后表面的变化情况，表明它们吸附了金属离子，且耐辐射奇球菌对Cu2+的吸附效果要比Cr6+好，F-和NO3-共存下耐辐射奇球菌对铀也具有一定的吸附作用，最佳吸附浓度为6mg/L。耐辐射奇球菌对Cu2+、Cr6+最佳吸附条件分别为：在生长温度为30℃，pH值为7.0，最佳吸附时间均为80min，对Cu2+最佳吸附浓度为0.08mol/L，对Cr6+最佳吸附浓度为0.0138mol/L。随着菌液浓度的增大，耐辐射奇球菌对Cu2+、Cr6+的吸附量也随之增加。含DsrA基因的载体pRADK-DsrA构建成功。 研究结论： 在铜离子、铬离子浓度较高的条件下，耐辐射奇球菌对重金属铜离子、铬离子具有较好的吸附作用；模拟铀废水环境下，也就是一定浓度的F-和NO3-共存下，耐辐射奇球菌的生存率不会受到影响，对铀的最佳吸附浓度为6mg/L，成功构建了pRADK-DsrA载体。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 耐辐射奇球菌简介

1.3 硫酸盐还原菌简介

1.4 本研究目的及意义

第2章 耐辐射奇球菌对重金属离子Cu2+和Cr6+吸附作用研究

2.1 材料及仪器设备

2.1.1 实验所用菌株、培养条件

2.1.2 主要试剂

2.1.3 主要实验仪器

2.1.4 主要生化试剂的配制

2.2 实验方法

2.2.1 菌株的扩大培养

2.2.2 影响耐辐射奇球菌对Cu2+和Cr6+吸附的因素

2.2.3 干菌体的制备

2.3 结果及分析

2.3.1 耐辐射奇球菌对Cu2+和Cr6+吸附的标准曲线

2.3.2 耐辐射奇球菌对Cu2+和Cr6+吸附作用的影响因素

2.3.3 耐辐射奇球菌对Cu2+和Cr6+吸附的红外光谱分析

2.3.4 耐辐射奇球菌对Cu2+和Cr6+吸附的能谱仪(EDS)分析

2.3.5 γ辐照条件下耐辐射奇球菌和大肠杆菌对Cu2+和Cr6+吸附率比较

2.4 本章小结

第3章 F-和NO3-共存下耐辐射奇球菌对铀的吸附行为研究

3.1 材料及仪器设备

3.1.1 实验所用菌株、培养条件

3.1.2 主要试剂

3.1.3 主要实验仪器

3.1.4 主要生化试剂的配制

3.2 实验方法

3.2.1 菌株的扩大培养

3.2.2 F-和NO3-对耐辐射奇球菌的生长抑制作用

3.2.3 F-和NO3-共存下影响耐辐射奇球菌对铀吸附的因素

3.2.4 干菌体的制备

3.3 结果及分析

3.3.1 F-和NO3-对耐辐射奇球菌的生长抑制作用

3.3.2 耐辐射奇球菌对铀吸附的标准曲线

3.3.3 F-和NO3-共存下影响耐辐射奇球菌对铀吸附的因素

3.3.4 耐辐射奇球菌对铀吸附的红外光谱分析

3.4 本章小结

第4章 构建含硫酸盐还原菌dsrA基因的基因工程载体

4.1 材料及仪器设备

4.1.1 实验所用菌株、培养条件

4.1.2 主要试剂

4.1.3 主要实验仪器

4.2 实验方法及步骤

4.2.1 硫酸盐还原菌（SRB）的培养

4.2.2 硫酸盐还原菌（SRB）基因组DNA的提取

4.2.3 DsrA目的基因的PCR

4.2.4 载体的酶切

4.2.5 大肠杆菌感受态细胞的制备

4.2.6 大肠杆菌细胞的转化

4.2.7 菌落PCR鉴定

4.3 实验结果

4.3.1 硫酸盐还原菌（SRB）的培养结果

4.3.2 硫酸盐还原菌（SRB）基因组DNA的提取结果

4.3.3 dsrA目的基因的PCR

4.3.4 dsrA目的基因的测序及Blast比对结果

4.3.5 载体pRADK-DsrA的鉴定

4.4 本章小结

第5章 讨论

第6章 结论

参考文献

综述:耐辐射奇球菌处理金属离子的研究进展

参考文献

作者攻读学位期间的科研成果

致谢