耐镉酵母的筛选鉴定及其富镉机制的初步研究

摘要

Cd被广泛应用于化工、电子和核工业等领域，每年有相当数量的Cd通过废气、废水、废渣等排入环境，造成污染。Cd不是生物生长发育过程的必需元素，也是自然界中对生物体危害性最大的重金属之一，连同Hg、As、Cr、Pb被称为污染环境的“五毒元素”。Cd一旦通过某种方式进入人体，就会在人体内蓄积起来，引起各种生理疾病，如前列腺癌、肾癌和痛痛病等。近年来，“镉米”等Cd污染事件的频频报道，更是给人们的生产、生活带来了很多的负面影响，因此，镉污染的治理迫在眉睫。传统的物理、化学镉污染治理方法由于成本高、易造成二次污染等受到局限；微生物治理方法因操作简单、修复效率高、适用范围广等优点受到亲睐。而酵母就是微生物修复的良好材料之一。
　　本课题先对实验室保存的16株酵母菌株进行了耐镉性比较实验，从中筛选出了两株高耐镉性酵母菌株Y7和Y8。经菌落培养特征、细胞形态特征及生理生化特性鉴定，结合26S rDNA D1/D2区序列比对分析，鉴定酵母菌株Y7为马克思克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)，Y8为胶红酵母(Rhodotorulamucilaginosa)。镉吸附特性研究表明，Y7和Y8对镉具有良好的耐受性和吸附性，在Cd浓度50mg/L的条件下，两株酵母菌株的生长OD600值都在5.0以上，24h后都能吸附溶液中70％以上的镉，且二者去除镉的最佳条件为pH6.0、温度30℃、接种量5％、装液量250mL三角瓶30mL、渗透压NaCl质量比3％。耐镉酵母富集镉的部位研究表明，菌株Y7富集的镉主要集中在细胞壁上，而菌株Y8富集的镉则主要集中在细胞膜上和细胞质中。能量抑制剂DNP和DCC对菌株Y7的镉吸附影响不大，而对菌株Y8的镉吸附影响很大，说明菌株Y7对镉的吸附主要为不依赖能量代谢的生物吸附作用，而菌株Y8对镉的吸附则主要为依赖能量代谢的生物积累作用。SDS-PAGE和RT-PCR实验结果表明，50mg/L镉离子，对酵母菌株Y7和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)Y14蛋白质和基因表达的影响很大，而对菌株Y8的蛋白质表达影响不大。锌离子的加入，会减少菌株Y7、Y14对镉的吸附量，同时会减轻镉的毒害作用，降低其致死率和突变率，也可部分恢复其蛋白质和基因的正常表达；但会增加菌株Y8对镉的吸附量，同时会加剧镉的毒害作用，提高其致死率和突变率。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 镉的概述

1.1.1 镉元素的发现

1.1.2 镉的理化性质

1.1.3 镉在自然界中的分布

1.1.4 镉的用途

1.1.5 镉的污染与危害

1.2 镉污染的治理

1.2.1 传统镉污染的治理方法

1.2.2 镉污染的微生物治理方法

1.3 微生物对镉的耐性和抗性

1.3.1 镉对微生物细胞的毒性效应

1.3.2 耐性和抗性

1.3.3 酵母对有毒金属的耐性和抗性

1.4 课题研究的目的与意义

1.5 实验内容与技术路线(见图1-4)

第二章 耐镉酵母菌株的筛选与鉴定

2.1 材料

2.1.1 实验菌株

2.1.2 培养基

2.1.3 主要试剂

2.1.4 仪器设备

2.2 方法

2.2.1 酵母菌株的活化

2.2.2 耐镉酵母菌株的筛选

2.2.3 耐镉酵母菌株的菌种鉴定

2.3 结果与讨论

2.3.1 耐镉酵母菌株的筛选

2.3.2 耐镉酵母菌株的菌种鉴定

2.4 本章小结

第三章 耐镉酵母菌株的镉吸附特性

3.1 材料

3.1.1 实验菌株

3.1.2 培养基

3.1.3 主要试剂

3.1.4 仪器设备

3.2 方法

3.2.1 镉元素的测定

3.2.2 菌株对金属元素镉的耐性比较

3.2.3 菌株培养中镉吸附率的计算方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 不同镉浓度对菌株Y7和Y8生长和镉吸附的影响

3.3.2 培养时间对菌株Y7和Y8生长和镉吸附的影响

3.3.3 培养基pH对菌株Y7和Y8生长和镉吸附的影响

3.3.4 培养温度对菌株Y7和Y8生长和镉吸附的影响

3.3.5 接种量对菌株Y7和Y8生长和镉吸附的影响

3.3.6 装液量对菌株Y7和Y8生长和镉吸附的影响

3.3.7 NaCl渗透压对菌株Y7和Y8生长和镉吸附的影响

3.4 本章小结

第四章 耐镉酵母菌株富集镉的部位及机理初步研究

4.1 材料

4.1.1 实验菌株

4.1.2 培养基

4.1.3 主要试剂

4.1.4 仪器设备

4.2 方法

4.2.1 镉元素的测定

4.2.2 酵母镉吸附部位的分析

4.2.3 能量抑制剂DNP和DCC对菌株镉吸附的影响

4.3 结果与讨论

4.3.1 酵母Y7和Y8镉吸附部位的分析

4.3.2 菌株Y7和Y8富集镉的机理分析

4.3.3 其他共存金属离子对菌株镉吸附的影响

4.4 本章小结

第五章 锌离子对酵母抗镉的影响

5.1 材料

5.1.1 实验菌株

5.1.2 培养基

5.1.3 主要试剂

5.1.4 仪器设备

5.2 方法

5.2.1 镉、锌元素的测定

5.2.2 锌离子对菌株生长和镉吸附的影响

5.2.3 菌株致死率和突变率的测定

5.2.4 菌株蛋白质表达差异分析

5.2.5 菌株基因表达差异分析

5.3 结果与讨论

5.3.1 镉、锌离子对菌株Y7、Y8和Y14生长和吸附的影响

5.3.2 镉、锌离子对菌株Y7、Y8和Y14致死率和突变率的影响

5.3.3 镉、锌离子对菌株Y7、Y8和Y14蛋白质表达的影响

5.3.4 镉、锌离子对菌株Y14基因表达的影响

5.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况