镉抗性菌DX-T3-01的筛选鉴定与吸附镉机理及其降解苯酚特性研究

摘要

镉是有广泛应用价值的剧毒重金属，因其应用广泛，引起的环境污染尤显严重。重金属镉污染区往往存在大量抗镉微生物群体，从中筛选高抗镉细菌，并研究其抗性、吸附和积累镉的能力及机理，在实际应用中具有深远意义。由于环境中污染物组成的复杂性，污染多具伴生性和综合性，在研究重金属污染的同时还应该考察其与有机物的复合污染问题。本文针对筛选出的抗镉菌株，研究了其抗镉性能及重金属吸附和富集机理，并经驯化发现其对苯酚也有很好的降解性能，进一步对菌株降解苯酚的特性进行了研究和探讨。
　　 从德兴铜矿尾矿库土壤中筛选到一株强抗镉菌株DX-T3-01，根据菌株形态学特征、生理生化性质、BIOLOG碳源利用情况及16SrRNA系统发育学结果，鉴定并命名为皮氏罗尔斯通氏菌菌株DX-T3-01(Ralstonia pickettii strain DX-T3-01)。
　　 菌株DX-T3-01对Cd2+最小抑制浓度(MIC)为4mmol·L－1，在固体、液体培养基对Cd2+的最高耐受浓度(MTC)分别为18mmol·L-1和16mmol·L-1，显示出很强的抗镉特性。菌株DX-T3-01对重金属Zn2+、Cu2+，抗生素青霉素和链霉素也表现出较高的抗性，抗性水平分别达到20mmol·L-1、3mmol·L-1、1500mg·L-1、250mg·L-1。经实验可知菌株生长及抗镉的最佳条件为:温度35℃、pH7.0、振荡速度150r·min-1、葡萄糖为碳源。
　　 考察了活菌体生长过程中和成熟菌体及冻干菌体对镉的积累和吸附情况，生长过程中的菌体表现出对Cd2+的积累作用大部分发生在菌株生长稳定期，主要依赖于菌体细胞大量增殖。成熟活菌体及冻干菌体吸附Cd2+的最佳条件为:温度40℃，pH4.0，在30min吸附达到80％，趋向于吸附饱和状态，活菌体和冻干菌体吸附Cd2+的过程符合准二级速率方程。扫描电镜观察菌体吸附Cd2＋后以胞外聚集物存在，菌体表面粗糙，菌体间杂质较多，有较大结晶颗粒附在其上，EDX能谱检测出菌体表面有Cd元素存在。通过红外光谱分析表明，DX-T3-01菌株参与积累Cd2+的化学官能团主要有-PO43-、胺基中的-C-N-、-M-O(O-M-O)、C=O和酰胺基（-CO-NH-）基团。
　　 研究了皮氏罗尔斯通氏菌DX-T3-01菌株苯酚降解条件及降酚特性，并分析其降解苯酚动力学模型。正交实验确定了菌株DX-T3-01降解苯酚最佳条件为30℃、pH7.0、转速150r/min、接种量1％。菌株最高可降解浓度为800mg/L的苯酚，500mg/L以下的苯酚能在60h内完全降解;菌株苯酚降解动力学符合Monod方程零级反应形式，且具有较高的相关系数;低浓度的葡萄糖可以促进菌株的生长，却抑制苯酚的降解;重金属离子Ni2+、Zn2+、Cu2＋对菌株的生长和苯酚降解的抑制明显，而菌株对苯酚降解同时仍对Cd2+有一定的耐受能力。

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摘要

1 绪论

1．1 环境中镉的污染及其微生物处理研究现状

1．1．1 镉的环境污染及危害

1．1．2 镉的环境标准

1．1．3 镉污染的治理

1．1．4 微生物对镉的抗性

1．1．5 微生物对镉的吸附和积累

1．2 水体中苯酚的污染及其微生物处理研究现状

1．2．1 苯酚来源、应用及危害

1．2．2 苯酚废水的传统物化处理法

1．2．3 苯酚废水的生物处理法

1．2．4 降解苯酚的微生物种类

1．3 重金属和有机物的复合污染

1．4 研究目的和研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

2 抗镉菌株DX-T3-01的分离鉴定及其生物学特性

2．1 材料

2．1．1 土壤样品采集

2．1．2 化学试剂

2．1．3 培养基

2．1．4 主要仪器

2．2 方法

2．2．1 抗镉菌株的分离筛选

2．2．2 菌株保存方法

2．2．3 菌种的初步生理鉴定

2．2．4 BIOLOG碳源利用分析

2．2．5 菌株的分子生物学鉴定

2．3 结果与分析

2．3．1 抗镉菌株分离筛选结果

2．3．2 菌株DX-T3-01形态特征与生理生化特性

2．3．3 菌株DX-T3-01 BIOLOG碳源利用分析

2．3．4 菌株DX-T3-01 16S rRNA基因序列分析

2．4 小结

3 影响菌株DX-T3-01生长与镉抗性的环境因素

3．1 材料

3．1．1 菌种

3．1．2 化学试剂

3．1．3 培养基

3．1．4 主要仪器

3．2 方法

3．2．1 固体培养基上菌株对不同重金属的抗性

3．2．2 液体培养基中菌株对不同重金属的抗性

3．2．3 抗生素对菌株生长的影响

3．2．4 温度对菌株生长和镉抗性的影响

3．2．5 pH对菌株生长和镉抗性的影响

3．2．6 摇床转速对菌株生长和镉抗性的影响

3．2．7 碳源对菌株DX-T3-01生长及镉抗性的影响

3．2．8 菌株对不同浓度Cd2+的抗性特征

3．3 结果与分析

3．3．1 固体培养中菌株DX-T3-01对不同重金属的抗性

3．3．2 液体培养中菌株对不同重金属的抗性

3．3．3 抗生素对菌株生长的影晌

3．3．4 温度对菌株生长和镉抗性的影响

3．3．5 pH对菌株生长和镉抗性的影响

3．3．6 摇床转速对菌株生长和镉抗性的影响

3．3．7 碳源对菌株DX-T3-01生长及镉抗性的影响

3．3．8 菌株对不同浓度Cd2+的抗性特征

3．4 小结

4 菌株DX-T3-01对Cd2+的吸附特性及其机理研究

4．1 材料

4．1．1 菌种及生物吸附剂

4．1．2 化学试剂

4．1．3 培养基

4．1．4 仪器

4．2 方法

4．2．1 生长菌株对不同浓度Cd2+的积累

4．2．2 温度对活菌体、冻干菌体吸附Cd2+影响

4．2．3 pH对活菌体、冻干菌体吸附Cd2+的影响

4．2．4 吸附时间对活菌体、冻干菌体吸附Cd2+能力的影响

4．2．5 菌体吸附Cd2+前后SEM观察和EDX能谱分析

4．2．6 菌体吸附Cd2+前后的红外光谱分析

4．3 结果与分析

4．3．1 生长菌株DX-T3-01对不同浓度Cd2+的积累情况

4．3．2 温度对活菌体、冻千菌体吸附Cd2+影晌

4．3．3 pH值对活菌体、冻干菌体吸附Cd2+影响

4．3．4 吸附时间对活菌体、冻干菌体吸附Cd2+能力的影响

4．3．5 吸附动力学

4．3．6 菌体吸附Cd2+前后扫描电镜观察和EDX能谱分析

4．3．7 菌体吸附Cd2+前后的红外光谱分析

4．4 小结

5 菌株DX-T3-01对苯酚的降解特性

5．1 材料

5．1．1 菌种

5．1．2 培养基

5．1．3 仪器

5．2 方法

5．2．1 苯酚测定

5．2．2 菌种驯化

5．2．3 环境因子对菌株生长和苯酚降解的影响

5．2．4 初始苯酚浓度对菌株生长和苯酚降解能力的影响

5．2．5 外加碳源对菌株生长和苯酚降解的影响

5．2．6 重金属对苯酚降解的影响

5．3 结果与分析

5．3．1 环境因子对菌株生长及降解苯酚影响的正交试验结果

5．3．2 不同初始浓度苯酚下菌株的生长及苯酚降解情况

5．3．3 苯酚降解动力学研究

5．3．4 外加碳源对菌株生长及苯酚降解的影晌

5．3．5 重金属对苯酚降解的影响

5．4 小结

6 结论

6．1 主要研究结论

6．2 存在问题及讨论

参考文献

硕士期间发表的论文与申请的专利及获奖情况

致谢