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重金属在土壤—微生物界面相互作用的分子机制

陈新才  
【摘要】:土壤微生物是土壤中的活性胶体,它们比表面大带电荷,代谢活动旺盛。受到重金属污染的土壤,往往富集多种耐重金属的真菌和细菌,微生物可通过多种作用方式影响土壤重金属的活性。本论文从受重金属污染的土壤中筛选到一株具有较高铜锌耐性的微生物,采用电镜、能谱、红外光谱和X-射线吸收光谱等现代分析技术并结合传统的物理化学方法,阐明了恶臭假单胞菌CZ1对Cu、Zn的吸附行为及其结合的分子形态,并初步探讨了微生物-矿物-重金属相互作用机制,旨在为重金属污染土壤的风险评价和生物修复提供理论依据。通过研究取得了以下主要结果: 从浙江诸暨哩浦铜矿废弃矿区铜耐性植物海州香薷根际土壤中分离到一株具有较高铜锌耐性的微生物,编号为CZ1,根据形态学观察、生理生化特性和16S rDNA序列同源性比对,鉴定为Pseudomonas putida。CZ1可分别耐受3 mM Cu或5 mM Zn,对氨苄青霉素具有抗性,而对卡那霉素无抗性。重金属耐性实验发现固体培养基中最低抑制浓度小于液体培养基中最低抑制浓度,而且Cu的毒性要大于Zn的毒性。在含有27.7mg/L Cu或26.0mg/L Zn的无机盐液体培养基中,CZ1对Cu和Zn的去除能力可分别达到87.2%和99.8%。尽管较低浓度的重金属会对微生物细胞造成一定程度的损伤,但CZ1依然表现出了较高的铜锌富集能力。 溶液pH对CZ1吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)的能力影响较大,活菌体和死菌体吸附Cu~(2+)的最佳pH分别为5.0和4.5,而吸附Zn~(2+)的最佳pH均为5.0;在最佳吸附条件下,CZ1对Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附量随着起始浓度的增加而增加,但去除效率却随之下降;CZ1对Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附等温线均符合Langmuir等温吸附方程。活菌体对Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附能力远大于死菌体,并且包括主动吸收和被动吸附两个过程,其中活菌体通过主动吸收方式结合的Cu~(2+)、Zn~(2+)含量占整个吸附量的40~50%,而被动吸附则为50~60%。解吸实验表明,0.1M盐酸对死菌体中Cu~(2+)、Zn~(2+)的解吸效率分别为95.3%和83.8%,而活菌体仅为72.5%和45.6%,进一步说明活菌体对Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附存在着主动吸收的过程。在0.01 M KNO_3溶液中,Cu~(2+)、Zn~(2+)吸附体系均表现出了明显的颗粒物浓度(C_p)效应,不同C_p下的所有吸附等温线可以用Freundlich型C_p效应等温式进行统一描述,分别为q_(eq)=2.553·C_p~(-0.7106)·C_(eq)~(0.8971)和q_(eq)=2.412·C_p~(-0.8305)·C_(eq)~(0.6504)。通过


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