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耐镉细菌筛选与吸附镉机理研究及其在镉污染土壤修复中的应用

刘爱民  
【摘要】:镉是有广泛应用价值的有毒重金属。全球每年释放到环境中的镉有3.9万吨,我国受镉等重金属污染的耕地面积近2.0×10~7公顷。镉类化合物具有较大脂溶性、生物富集性和毒性,是一种剧毒物和致癌物。长期生活在富镉环境中的微生物对镉形成了一定的耐性和抗性。分离研究耐镉细菌用于吸附和积累重金属是治理镉污染的有效措施之一。 本研究从安徽冶炼厂的污染土壤中经富集、驯化、筛选、分离、获得一株高效耐镉菌株。该菌株能够在液体培养基中耐Cd~(2+)浓度达40mmol/L、琼脂平板上耐Cd~(2+)浓度达75mmol/L,对其进行形态特征观察、常规生理生化测定和16SrDNA序列同源性分析----初步鉴定为假单胞菌属(Pseudomonas sp.),编号为J5。 菌株J5能够分泌浅墨绿色素,在含CdSO_4(1至12mmol/L Cd~(2+))、ZnSO_4(1至2mmol/LZn~(2+))、1%MgCl_2的牛肉膏蛋白胨培养基中生长的J5菌株呈亮黄绿色,高于12mmol/L Cd~(2+)平板上菌株的亮黄绿色消失,过高浓度的重金属离子抑制了J5菌体次级代谢产物色素的合成。菌株J5生长最适NaCl浓度为0.5%至1%,5%NaCl对菌株生长和耐镉能力影响不大,10%NaCl明显抑制菌株生长。菌体生长过程中分泌碱性物质,能调节溶液的酸度或者碱度,并随培养时间延长,菌体有粘性和絮凝性。菌株J5具有脲酶、过氧化氢酶、脂酶、精氨酸双水解酶、磷酸酶和植酸酶等活性酶特性。0.2mmol/L(Ag~+浓度为0.02mmol/L)的高浓度重金属离子对菌株J5生长的毒性顺序为:AgNO_3>CoCl_2>CdCl_2>CdSO_4>ZnSO_4>CuCl_2>Pb(CH_3COO)_2>K_2Cr_2O_7>CuSO_4>NiCl_2,而低浓度的MnSO_4对菌体生长具有促进作用。菌体浓度对菌株耐镉能力有一定影响,菌浓度愈大,耐镉能力愈强。 电镜观察和EDX能谱结果表明,J5菌体表面和内部聚集含Cd~(2+)的颗粒,并随Cd~(2+)浓度增大,颗粒层的密度逐渐增大。红外图谱分析表明,在低浓度Cd~(2+)溶液中菌株细胞对Cd~(2+)的积累,主要靠细胞壁上-NH_2与Cd~(2+)配位结合;高浓度Cd~(2+)存在时,菌株对Cd~(2+)积累的IR峰数减少,峰形突出,细胞壁上典型的-NH_2、-COOH、-PO_4~(3-)、-M-O(O-M-O)吸收峰值变得强而宽,尤其-NH_2结合Cd~(2+)作用明显。Mn~(2+)与Cd~(2+)共存时,强烈改变了-NH_2基团和-PO_4~(3-)基团吸收峰形,细胞壁上的活性吸收位点可能增多,增加了细胞壁对Cd~(2+)的吸附和胞内Cd~(2+)含量;Cu~(2+)和Cd~(2+)共存时,增加了Cd~(2+)对菌体细胞膜的穿透和胞内积累。当有Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)3种重金属离子共存时,即使有Mn~(2+)存在,菌体对Cd~(2+)吸附积


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