收藏本站
《山西大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

产菌核米曲霉G15对铜、铅离子的抗性机制和吸附特性研究

龙丹丹  
【摘要】:随着经济发展,水体重金属污染日趋严重。近年来,微生物吸附法因其材料来源广泛、受环境条件影响较小、经济高效、不易产生二次污染等优点受到广泛关注。菌核是丝状真菌菌丝体缠绕融合形成的抗逆组织,因此,产菌核真菌表现出对重金属较强的耐受性。本实验室从庞泉沟自然保护区的森林土壤中分离出耐铜、铅的产菌核曲霉G15菌株,r RNA-ITS序列分析结果和系统发育树表明,该菌株为米曲霉(Aspergillus oryzae)。本论文以该菌株作为吸附剂,对比了菌丝体和菌核对铜、铅离子的吸附特性与机理,为其进一步应用于重金属废水的处理提供理论依据。本论文的主要研究成果如下:1初步探索了产菌核菌株G15在平板培养过程中对铜和铅的耐受性。G15对铜、铅表现出较强的耐受性,查氏酵母膏琼脂(CYA)培养基中添加的Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)浓度高达300 mg/l时,菌株仍能生长。然而,不同浓度的重金属均对G15的生长分化表现出一定的抑制效果,CYA中的铜离子导致G15菌株菌落直径减小,菌丝密度显著降低,高浓度(200–300 mg/l)铜离子导致菌核成熟时间延迟46-53 h。CYA中的铅离子导致G15菌株菌核分化速率降低,明显抑制分生孢子形成和菌丝生长,抑制程度因铅离子浓度不同而存在差异,此外,当铅离子浓度为25和100 mg/l时,菌核的颜色明显变淡。不同重金属浓度下,生长中的菌丝体和菌核对铜、铅离子的胞内外吸附实验表明重金属吸附过程以胞外吸附为主,20–40%的重金属离子被富集在G15菌株细胞内。此外,菌核对两种重金属离子的富集能力均大于菌丝体,表明菌核分化对重金属富集过程有积极作用。2本试验在CYA中添加不同浓度的Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ),研究不用重金属胁迫下A.oryzae G15菌丝体和菌核细胞内的脂质过氧化水平、金属硫蛋白(MT)水平及抗氧化代谢,探索该菌株对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的抗性机制。结果表明铜、铅胁迫导致G15菌丝体和菌核脂质过氧化水平升高,表明铜和铅诱导细胞内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的生成,形成氧胁迫。铜胁迫导致菌丝体MT水平显著升高,50–100 mg/l的铅胁迫同样显著提升菌丝体MT含量;菌核MT水平几乎不受铜、铅胁迫的影响。该结果表明,MT主要在G15生长前期(菌丝生长阶段)被诱导活化以清除ROS及螯合重金属离子,在菌核发育阶段发挥作用很少。不同铜胁迫条件均导致菌丝体和菌核超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活力升高,其中低浓度的铜胁迫更有利于CAT活力的上升;低浓度铜胁迫导致过氧化物酶(POD)活力升高,而高浓度铜胁迫导致POD活力降低。铅胁迫导致G15菌丝体与菌核SOD和CAT活力下降;菌丝体POD活力升高,菌核内POD活力无显著变化。上述结果表明G15通过胞内抗氧化系统清除铜诱导生成的ROS,降低氧损伤,从而导致菌核生物量降低;而在铅胁迫条件下G15体内的抗氧化系统不足以清除铅诱导的生成的ROS,导致菌核生物量增加。3以A.oryzae G15菌丝球和菌核作为吸附剂处理水溶液中的Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ),并优化吸附条件,探讨吸附特性。结果表明体系pH值对吸附效果影响显著,pH5.0时,菌丝体和菌核对铜离子吸附效果最佳;菌丝体和菌核对铅离子吸附量随pH值增大而增加,pH 6.0时,溶液中超过90%的铅离子被吸附,因此选择pH 6.0作为最佳pH。吸附温度、时间、吸附剂浓度均对吸附效果有一定影响,最佳条件为:附剂浓度为2 g/l,吸附温度为30℃,吸附时间为60 min。此外,溶液中共存离子Na~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)均抑制G15菌丝体和菌核对铜、铅的吸附,降低吸附效率。然而,低浓度KCl导致菌丝体对铅离子的吸附量增加。4应用吸附等温模型和动力学方程对吸附特性进行分析,并对负载有铜、铅离子的菌丝体和菌核进行解吸、重建试验,进一步分析其性能。本试验选择Langmuir和Freundlich等温吸附模型对米曲霉G15吸附铜、铅离子的数据进行拟合。结果表明Langmuir模型更吸附符合过程,说明该吸附过程主要是发生在吸附剂表面的单分子层吸附过程。由Langmuir方程计算所得的菌核的对铜、铅离子的最大吸附量Qmax分别为73.53和123.46 mg/g,菌丝体对两种离子的最大吸附量分别是35.84和60.61 mg/g。与一级动力学方程相比,二级动力学方程能够更好地拟合不同重金属初始浓度下的吸附数据,而且,由二级动力学方程拟合所得的平衡吸附量与实验值更为接近,表明整个吸附过程中同时存在物理吸附(表面吸附)和化学吸附(胞内富集)。解吸试验结果表明,多于90%的铜、铅离子能够被盐酸、硝酸和EDTA溶液洗脱,再次证实该吸附主要发生于细胞表面,且菌丝体和菌核能够被多次利用。5探索A.oryzae G15菌丝体和菌核对铜、铅的表面吸附机制。通过自动电位滴定,确定G15菌丝体和菌核表面电荷和官能团在不同pH条件下的变化情况;利用扫描电子显微镜探索生长菌株G15吸附铜、铅离子过程中的表面特征变化;最后,利用X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱分析菌丝体和菌核吸附铜、铅离子前后的表面元素和官能团变化。XPS结果证实了菌丝体和菌核对两种重金属离子的表面吸附。由SEM观察可知铜离子和铅离子毒害作用导致菌核表面形态发生明显变化。结合PT、FTIR和XPS结果可知,菌株G15表面羧基在吸附过程中发挥主要作用,氨基也参与了吸附过程。此外,XPS全谱图表明菌丝体细胞表面存在Na元素,吸附实验后Na吸收峰消失,说明离子交换是G15菌丝体表面吸附铜、铅离子的机制之一。由已知结果可知菌丝体和菌核对铜、铅离子的吸附能力取决于其表面羧基数量,菌核表面羧基位点多于菌丝体,导致菌核吸附能力更强。然而,当pH为2.0–3.0时,菌丝体表面钠离子和溶液中铅离子发生快速交换,导致低pH条件下菌核吸附的铅离子量低于菌丝体。
【学位授予单位】:山西大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X52;X172

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任玉芳,曾左韬,孟健,何平;铅在铋系110K超导相中的位置和作用[J];低温物理学报;1990年06期
2 石和彬,刘羽,罗惠华,钟康年;磷灰石固定水溶性铅离子研究进展[J];地质科技情报;1999年02期
3 傅海燕;柴天;严滨;曾光明;黄国和;金磊;石谦;李元高;;堆肥腐殖酸吸附铅离子的影响及其机理研究[J];科技导报;2009年04期
4 易求实;铅离子选择电极测定空气中的总铅量[J];湖北师范学院学报(自然科学版);1987年02期
5 张建民,韩晓弟,王刚,马庆林,王飞;铅离子对塔胞藻的生物学效应分析[J];齐鲁渔业;2004年06期
6 葛如钟;陈剑美;;城市污水中铅离子的阳极溶出法测定[J];上海师范学院学报(自然科学版);1981年02期
7 周睿;曹龙奎;鹿保鑫;;羧甲基马铃薯渣对水溶液中铅离子吸附性能的优化[J];科技导报;2011年05期
8 王学松;黄宗行;胡海琼;王静;孙成;;温度对高岭石吸附水溶液中铅离子的影响[J];科技导报;2006年12期
9 李英敏;杨海波;张欣华;于媛;李杰智;;活性小球藻对铅离子的吸附与解吸特征研究[J];生物技术;2007年06期
10 张敬华;张思忠;李延虎;朱路;韩润平;;酵母菌对铅离子的吸附等温线研究[J];郑州大学学报(理学版);2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 钱功明;李茂林;刘涛;陈铁军;;羟基磷灰石去除水溶性铅离子作用机理研究[A];中国矿物岩石地球化学学会第12届学术年会论文集[C];2009年
2 陈永贵;张可能;邹银生;叶为民;;粘土固化注浆帷幕吸附铅离子的影响因素[A];第二届全国环境岩土与土工合成材料技术研讨会论文集(一)[C];2008年
3 方卢秋;;施用钾肥对铅离子在三峡库区消落带土壤中吸附-解吸的影响[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集(第五卷)[C];2013年
4 聂丹丹;吴海燕;郑琪珊;叶培荣;郝艳丽;郭良洽;付凤富;陈国南;;基于脱氧核酶检测铅离子的荧光方法研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
5 王勇;杨秀荣;;基于单分子模拟过氧化氢脱氧核酶比色检测铅离子[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年
6 郭阳;刘越;唐艳丽;;基于DNAzyme重金属离子的检测研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第04分会:纳米生物传感新方法[C];2014年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 驻印尼使馆经商处 宋骏;G15首脑呼吁加强合作[N];国际商报;2001年
2 ;佳能发布博秀系列新机型G15、S110与SX50 HS[N];中国摄影报;2012年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 龙丹丹;产菌核米曲霉G15对铜、铅离子的抗性机制和吸附特性研究[D];山西大学;2017年
2 杨灵芳;等离子强化碳纳米管及其复合物电极电容去除铅离子研究[D];湖南大学;2015年
3 邹卫华;锰氧化物改性过滤材料对铜和铅离子的吸附研究[D];湖南大学;2006年
4 Syed Mazhar Shah;石墨炉原子吸收光谱法用于重金属离子的富集和分析[D];吉林大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 肖世秀;基于DNAzyme和石墨烯的电化学生物传感器的制备及其应用研究[D];云南民族大学;2015年
2 赵红;碘和铅离子刺激性作用靶点发现和机制研究[D];昆明理工大学;2015年
3 张龙强;钢渣处理含铅、镉废水的性能研究[D];南京理工大学;2015年
4 李非非;共同暴露纳米ZnO和铅离子加重非酒精性脂肪肝小鼠的肝脏毒性[D];山东大学;2015年
5 邓大庆;新型检测重金属汞、铅离子的生物传感器研究[D];中国矿业大学;2015年
6 李云静;基于铅离子催化光度特性的氡辐射检测新方法[D];南华大学;2015年
7 赵键;改性甘蔗渣对铅离子的吸附研究[D];山东理工大学;2015年
8 葛华丽;基于功能化金属有机框架化合物在电化学分析中的应用[D];扬州大学;2015年
9 李雪梅;D001树脂去除铅离子的静态和动态特性研究[D];华中科技大学;2014年
10 程媛;二氧化钛柱撑蒙脱石复合材料的制备及其在废水处理中的应用研究[D];浙江工业大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026