耐Cu、Cd微生物的分离筛选及其吸附机理研究

摘要

随着社会经济的不断发展，环境中的重金属污染日益加剧。铜陵地区是我国重要的铜工业生产基地之一，但发达的矿业活动同时也带来了严重的环境污染，已有研究显示，矿区不同功能区表层土壤中的Zn、Cu、Pb、Cd、Cr等严重超标。重金属是对生态环境危害极大的污染物之一，它们进入环境后不易被生物降解，大部分参与食物链循环，最终在生物体内积累，生物体正常生理代谢活动被破坏。微生物可以通过生物吸附、溶解、氧化还原等作用降低环境中的重金属，分离研究耐重金属的微生物用于吸附和积累重金属是治理重金属污染的有效措施之一。本文选择安徽铜陵新桥矿区土壤为研究对象，对其中的微生物含量与重金属含量作了对比分析，并对土壤中筛选得到的耐受微生物进行生长特性和吸附特性研究，对菌株吸附重金属的机理进行初探。
　　 通过研究铜陵新桥矿区污染土壤中重金属污染元素含量与土壤中微生物生物量之间的对应关系，发现土壤中细菌、放线菌、高铁还原菌三种菌种对污染元素的敏感程度不同，其敏感程度依次是：放线菌＞细菌＞高铁还原菌。矿集区土壤中As、Au、Cd、Zn、Cu、Pb元素含量与土壤中细菌、放线菌、高铁还原菌数量之间的相关关系为：As、Au、Zn、Cu与细菌和放线菌，Cd、Pb与放线菌的含量呈负相关关系，指示了土壤中高浓度污染元素对微生物的抑制作用；Cd、Pb与细菌，Cd、Zn与高铁还原菌的含量呈正相关关系，Au、Pb、As与高铁还原菌数量的关系不明显。
　　 本文充分利用微生物受自然环境重金属胁迫而产生耐性这一特点，进行土壤中耐Cu、Cd微生物的筛选研究，成功获得两株耐Cu、Cd的菌株。一株为耐Cu2+50g/L的菌株，经鉴定为类芽孢杆菌Cohnella.sp.编号为S108，另一株为耐Cd2+6000mg/L的真菌菌株，经鉴定为Fungal sp.编号为IS021。
　　 分别对菌株的生长特性和吸附特性进行研究，结果表明，菌株S108的生长最适pH是8.0，装液量为250mL三角瓶中装50mL培养基，铜浓度对菌株的生长影响不大，菌株IS021的生长最适pH是7.0，装液量为50mL，镉浓度对菌株的生长影响大，高浓度抑制了菌株的生长。菌株S108对Cu2+的最佳吸附条件为pH为8，菌龄为3d，Cu2+初始浓度为100mg/L，且菌株在吸附时间为12h时达到最大吸附量68％。菌株IS021对Cd2+的最佳吸附条件是pH为7，菌龄为2d，Cd2+初始浓度为100mg/L，菌株在吸附时间为7h时达到吸附平衡，其最大吸附量是65％。pH对两种菌株的吸附特性有一定的影响，pH过高和过低都不利于微生物的吸附；菌龄对菌株的吸附特性影响很大，在试验中应选择合适菌龄；重金属的初始浓度提高使得菌株的吸附率由于吸附位点的饱和而下降
　　 电镜观察和能谱分析图谱结果表明，菌株S108吸附Cu2+主要是基于其细胞表面的吸附沉淀作用，菌株IS021对Cd2+的吸附主要是细胞表面的生物吸附作用。微生物可能通过其表面的带电电荷和活性位点来结合重金属，从而使溶液中的金属离子减少。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章 文献综述

1.1重金属污染现状

1.2重金属铜的来源及危害

1.2.1重金属铜的来源

1.2.2重金属铜的危害

1.3重金属镉的来源及危害

1.3.1环境中重金属镉的来源

1.3.2镉污染的主要危害

1.4重金属与微生物的相互作用研究进展

1.4.1重金属对微生物的毒性

1.4.2微生物对重金属的抗性

1.4.3微生物与重金属耐性研究现状

1.5本课题研究的前景、目的和意义

1.5.1研究前景

1.5.2目的及意义

第二章 铜陵矿集区土壤中污染元素对微生物特性的影响研究

2.1研究区概况

2.2材料和方法

2.2.1样品采集

2.2.2土壤中微生物的分离与计数

2.2.3土样中元素含量的测定

2.3结果与讨论

2.4 结论

第三章 土壤中耐Cu、Cd微生物的分离、筛选及其生长特性研究

3.1实验材料

3.1.1样品采集

3.1.2微生物培养基的制备

3.1.3菌悬液的制备

3.1.4实验仪器

3.2实验方法和结果

3.2.1土壤中耐Cu微生物的分离筛选

3.2.2土壤中耐Cd微生物的筛选研究

3.3小结

第四章 菌株对Cu、Cd元素的吸附特性研究

4.1实验用菌株

4.2实验仪器

4.3实验方法

4.3.1菌株S108对重金属Cu元素的吸附特性研究

4.3.2耐Cd菌株IS021对重金属的吸附特性研究

4.4实验结果

4.4.1耐Cu菌株S108对重金属的吸附特性研究

4.4.2耐Cd菌株IS021对重金属Cd的吸附特性研究

4.5小结

第五章 菌株吸附重金属的机理初探

5.1实验材料和方法

5.1.1实验仪器

5.1.2实验方法

5.2微生物的前培养

5.3实验结果

5.3.1耐Cu菌株S108的扫描电镜结果

5.3.2耐Cd菌株IS021的扫描电镜结果

5.4小结

第六章 结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文