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《北京林业大学》 2019年
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重金属铅、铬压力下解磷菌生长代谢及耐受机制的研究

邵文  
【摘要】:解磷菌能够增加土壤肥力并降低重金属离子毒性的特性为解决土壤重金属污染问题提供了一条生态友好的修复路径。本研究通过从土壤中筛选得到两株重金属耐受菌株:F2-1和F3-2,通过16S rRNA鉴定其分别为假单胞杆菌属(Pseudomonas sp.)和芽胞杆菌属(Bacillus sp.)。在磷酸三钙液体培养基中,菌株F2-1分泌的有机酸总量达到243.5 mg L-1,主要有D-葡萄糖酸、酒石酸、丙二酸、乙酸,最大解磷能力达到302.0 mg L-1;菌株F3-2分泌的有机酸总量达到200.8 mg L-1,主要有D-葡萄糖酸、丙二酸、丁二酸,最大解磷能力达到129.3 mg L-1。随着铅、铬压力的出现及增加,除菌株F3-2分泌丁二酸量增长外,其他有机酸分泌种类和数量均减少,其解磷能力均随重金属铅、铬浓度压力增大而减小,两株菌相比F2-1解磷能力更强。通过改变实验因素发现,两株解磷菌对重金属的耐受性受培养温度、培养基pH变化影响较大,受培养液渗透压变化影响较小,两株菌相比F3-2耐受性更高。通过对累积在胞外、胞内的重金属及分布于松散型胞外聚合物(LB-EPS)和紧密型胞外聚合物(TB-EPS)中的重金属进行测定,累积在胞外的铅离子占总累积量的61.7%-97.3%,而累积在胞外的铬离子占总累积量的1.3%-13.7%。LB-EPS积累的铅、铬离子多余TB-EPS积累量。通过对两株菌LB-EPS中有机质含量分析,F2-1中有机质含量大小为:可溶性微生物副产物腐殖酸色氨酸富里酸酪氨酸;F3-2中有机质含量大小为:可溶性微生物副产物酪氨酸色氨酸腐殖酸富里酸。通过对红外分析知,F3-2中有更多的官能团参与了反应。由重金属压力下菌株生长量变化知,同浓度下铬的细胞毒性更大,于是进行了一系列实验对胞内氧化平衡体系进行了分析。丙二醛(MDA)浓度可以反映细胞受损程度,铅压力下菌液MDA测得浓度为17-18 nmol mg-1 protein,而铬压力下菌液中MDA浓度高达29-34 nmol mg-1 protein。在无重金属条件下,菌株F2-1和F3-2初始超氧化物歧化酶(SOD)活性分别为75和90 U mg-1 protein,当铅压力出现并增高时,两株菌胞内超氧化物歧化酶(SOD)活性提高至266和210 U mg-1 protein;铬压力出现并增高时,两株菌SOD活性均表现出先升高后降低的行为。过氧化氢酶(CAT)作用是进一步还原SOD反应产物中的强氧化物质,其活性在低浓度铅、铬压力下并未有明显增强,在高浓度压力下活性显著升高。通过对细胞胞内ROS强度变化分析发现重金属铅、铬压力均会激发的胞内产生ROS,但不同重金属会产生不同影响效果,胞内ROS的变化与SOD活性变化一致。本研究筛选出了两株具有重金属耐受性的解磷菌,研究了其在重金属压力下生长量、有机酸分泌、解磷能力变化,以及不同金属在亚细胞结构中的累积行为和对胞内氧化平衡造成的不同影响,探讨了两株解磷菌对不同重金属耐受能力差异原因,从而对解磷菌在重金属铅、铬压力下的生长代谢变化及耐受机制进行了分析总结。本研究结果对应用解磷菌修复土壤重金属污染及提高解磷菌耐受性有重要意义。
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