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氧化石墨烯对铅胁迫下羊肚菌生长和铅富集特性的影响

谭仁豪  
【摘要】:重金属污染一直是最难处理的环境污染问题之一。工农业及采矿业导致了大量重金属的排放,严重威胁到生态环境和人们的健康。生物修复法具有低生态风险、低成本等优势,但适合规模化应用的植物修复方法却存在周期长、生物量低、易受环境影响等诸多缺点。因此需要寻找到更高效且环保的修复方法。微生物比植物具有更强的适应性和更快的生长速度,而高效吸附材料能进一步强化微生物修复重金属污染的效率。因此,本文选用大型真菌菌丝体进行生物修复,通过添加氧化石墨烯(GO)强化修复效果,以期为生物修复寻找一种新的策略。通过平板筛选法找到耐受重金属铅的大型真菌菌种,研究了GO对菌丝体铅耐受能力的影响;同时评价了GO的潜在应用风险;用GO强化菌丝体对土壤铅污染的修复效果;进一步应用水体污染模拟实验的方法,初步探讨了在铅胁迫下GO促进菌丝体生长和强化菌丝体富集能力的机制。主要有结论如下:(1)采用平板筛选法,在培养基中添加不同浓度的铅,观察对比各种类的大型真菌菌丝体的生长情况,结果表明在所试的六种大型真菌中,六妹羊肚菌对铅的耐受能力最强,且其生长速率最快,其在350 mg/L铅胁迫下,平均生长速率可达23.93 mm/d,是具有潜在开发利用价值的菌种。此外,在此实验基础上,通过添加GO研究了GO对六妹羊肚菌的铅耐受能力影响。结果发现,在350mg/L的铅胁迫下,添加GO后,培养3 d后菌丝体生长抑制率降低了2.37%,表明GO对铅胁迫作用具有一定的屏蔽效应。(2)采用液体发酵的方式,在液体培养基加入不同浓度的GO,研究GO对羊肚菌菌丝体生长特性的影响,以及羊肚菌生长过程对GO的结构和性质的影响,探究GO潜在的应用风险,结果表明50 mg/L浓度以下的GO能促进菌丝体的生长,当GO的浓度达到100 mg/L时开始抑制菌丝体的生长,在10 mg/L GO处理下菌丝体的干重增加了12.38%,GO浓度升高至200 mg/L时,菌丝体干重降低了10.10%。GO覆盖在菌丝体表面阻碍了菌丝体与环境的物质交换,同时引起了菌丝体细胞内的丙二醛含量升高。此外,经菌丝体处理后,GO的氮含量最高增加了4.28%,氧含量最多减少了9.42%,并且在乙醇中的分散性下降。菌丝体生长过程中会造成GO的脱氧掺氮,并引入更多的缺陷结构,表明六妹羊肚菌菌丝体对GO具有一定降解能力,同时低浓度的GO能促进菌丝体生长,GO的应用风险较低。(3)通过将羊肚菌接种至含有不同浓度铅的土壤中,研究羊肚菌菌丝体对土壤中的铅污染的修复效果。在50 mg/kg、250 mg/kg、500 mg/kg和800 mg/kg铅添加量下,经植物修复后的土壤中,种植苜蓿草的生物量分别提高了14.46%、13.50%、19.90%和9.64%,经六妹羊肚菌菌丝体修复后,生物量分别提高了90.47%、113.31%、95.10%和134.00%,添加GO和菌丝进行协同修复后,生物量分别提高了108.47%、145.71%、139.24%和208.60%,表明菌丝体和GO协同修复的方法更加有效地降低铅对作物的毒害作用。经菌丝体和GO协同修复后,生物有效态的铅含量最多降低了76.51%,表明菌丝体对土壤重金属污染的主要修复作用是生物固定。(4)为进一步探究菌丝体对铅的固定作用和GO的协同作用机制,将羊肚菌菌丝体接种到含有不同浓度铅的培养基中,探索GO对铅胁迫的环境下羊肚菌的生长和铅吸附特性的影响。结果表明,GO的存在降低了铅对菌丝体的毒害作用,添加GO后菌丝体的干重最多增加了65.33%。同时GO显著促进了羊肚菌菌丝体对铅的吸附和固定,GO和菌丝体协同作用后,培养基中的铅去除率最高可达88.41%。SEM和FT-IR显示六妹羊肚菌菌丝体对铅的富集作用主要通过表面吸附和细胞外的固定作用实现。


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