奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis Mr-1)对洛克沙胂生物转化的影响研究

摘要

洛克沙胂作为一种广泛应用的畜禽养殖业饲料添加剂，在动物体内基本不被降解，会随畜禽粪便和养殖废水进入土壤和水环境中，导致潜在的砷污染。希瓦氏菌是一种兼性厌氧菌，在土壤、海洋和其他水体中广泛存在，能在厌氧条件下利用多种电子受体，包括三价铁、硝酸盐、亚硝酸盐和某些重金属离子等，进行产能代谢和电子传递。本论文以洛克沙胂为研究对象，选取模式菌种奥奈达湖希瓦氏菌（Shewanella oneidensis MR-1）作为处理洛克沙胂的手段，分析土壤含水率条件变化对洛克沙胂生物转化的影响，探究S.oneidensis MR-1转化洛克沙胂的机理。主要结论如下:
　　水相厌氧体系中S.oneidensis MR-1对洛克沙胂生物转化的可行性:在水相厌氧环境中，S.oneidensis MR-1可以将洛克沙胂作为最终的电子受体，还原为4-羟基-3-氨基苯胂酸(HAPA)，并且HAPA为洛克沙胂生物转化还原后的唯一检出产物;然而在缺乏外源性底物时，洛克沙胂不能直接被S.oneidensis MR-1转化，证明了短期内洛克沙胂无法充当生物转化的可利用的碳源。不同浓度洛克沙胂浓度对S.oneidensis MR-1转化洛克沙胂的影响实验表明洛克沙胂不会抑制S.oneidensis MR-1的生长，反而会促进其生长，起始洛克沙胂浓度越高细菌生长速度越快。
　　水相中可溶性Fe(Ⅲ)的存在对S.oneidensis MR-1生物转化洛克沙胂的影响:在水相厌氧环境中，S.oneidensis MR-1存在的条件下，可溶性Fe(Ⅲ)的出现能够显著的促进S.oneidensis MR-1转化洛克沙胂，同时，加入的可溶性Fe(Ⅲ)在反应中会生成次生铁矿，吸附洛克沙胂转化生成的HAPA，有机胂得到了固定，降低了砷的迁移性;但是高浓度的可溶性Fe(Ⅲ)不仅不能促进S.oneidensis MR-1生物转化洛克沙胂，反而会抑制S.oneidensis MR-1对洛克沙胂生物转化;较低浓度的可溶性Fe(Ⅲ)(2.0 mmol/L)就足以促进S.oneidensis MR-1生物转化洛克沙胂，但是由于加入不同浓度可溶性Fe(Ⅲ)生成的次生铁矿量不一样，实验终止时4-羟基-3-氨基苯胂酸(HAPA)被吸附的量也相应的不同。
　　固相多孔介质中不同含水率情形下，S.oneidensis MR-1的胞外聚合物(EPS)分泌量随着含水率水平减小而增加;含水率的变化明显影响S.oneidensis MR-1转化洛克沙胂，只有到达一定含水率水平，足够达到提供S.oneidensis MR-1生长繁殖以及转移电子的水环境，洛克沙胂才能够被S.oneidensis MR-1所转化，同时发现含水率越高，洛克沙胂被转化的效率越高。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 洛克沙胂的使用及其污染现状

1．1．1 洛克沙胂的作用以及使用现状

1．1．2 洛克沙胂的污染现状以及其毒性分析

1．1．3 洛克沙胂及其产物的转化方式

1．2 希瓦氏菌的介绍以及其转化污染研究进展

1．2．1 希瓦氏菌介绍及研究进展

1．2．2 希瓦氏菌转化污染物的研究进展

1．3 研究目的与研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

第二章 水相中S．oneidensis MR-1对洛克沙胂的可行性研究

2．1 引言

2．2 实验材料与方法

2．2．1 实验细菌培养

2．2．2 实验基础培养基配置

2．2．3 生物量的测定

2．2．4 水相中S．oneidensis MR-1转化洛克沙胂的可行性研究

2．2．5 不同洛克沙胂浓度对S．oneidensis MR-1转化洛克沙胂的影响

2．2．6 实验中样品提取

2．2．7 分析方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 外源性底物的添加对实验中S．oneidensis MR-1生物量的影响

2．3．2 水相中S．oneidensis MR-1对洛克沙胂的转化

2．3．3 不同洛克沙胂浓度对S．oneidensis MR-1转化洛克沙胂的影响

2．4 本章小结与展望

2．4．1 小结

2．4．2 展望

第三章 水相中可溶性Fe(Ⅲ)的存在对S．oneidensis MR-1生物转化洛克沙砷的影响研究

3．1 引言

3．2 实验材料与方法

3．2．1 实验细菌培养

3．2．2 实验基础培养基配置

3．2．3 生物量的测定

3．2．4 水相中可溶性Fe(Ⅲ)的准备

3．2．5 水相中可溶性Fe(Ⅲ)的存在对S．oneidensis MR-1生物转化洛克沙胂的影响

3．2．6 水相中不同浓度可溶性Fe(Ⅲ)对S．oneidensis MR-1生物转化洛克沙胂的影响

3．2．7 实验中样品提取

3．2．8 分析方法

3．2．9 扫描电镜及能谱分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 水相中可溶性Fe(Ⅲ)的存在对S．oneidensis MR-1生物转化洛克沙胂的影响

3．3．2 HAPA的吸附固定

3．3．3 水相中不同浓度可溶性Fe(Ⅲ)对S．oneidensis MR-1生物转化洛克沙胂的影响

3．4 本章小结与展望

3．4．1 小结

3．4．2 展望

第四章 固相多孔介质中不同含水率情形下S．oneidensis MR-1对洛克沙胂的生物转化研究

4．1 引言

4．2 实验材料与方法

4．2．1 实验基础培养基配置

4．2．2 实验细菌培养

4．2．3 多孔介质的制备

4．2．4 生物量的测定

4．2．5 固相多孔介质中不同含水率情形下S．oneidensis MR-1的胞外聚合物变化

4．2．6 固相多孔介质中不同含水率情形下S．oneidensis MR-1对洛克沙胂的生物转化影响

4．2．7 实验中样品提取方法

4．2．8 分析方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 固相多孔介质中不同含水率情形下S．oneidensis MR-1的胞外聚合物变化

4．3．2 固相多孔介质中含水率变化对S．oneidensis MR-1生物量的影响

4．3．3 固相多孔介质中含水率变化对底物乳酸盐的影响

4．3．4 固相多孔介质中含水率水平对洛克沙胂生物转化的影响

4．4 本章小结与展望

4．4．1 小结

4．4．2 展望

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要科研成果