超累积植物龙葵内生菌在重金属废水处理中的应用研究

论文摘要

随着工业生产和科学技术的发展，重金属污染问题已经成为人们健康和生活环境的重要威胁。这些威胁主要来自于重金属的毒性、非生物降解性和生物积累性。痕量的重金属如：镉(Cd2+)、铅(Pb2+)、铜(Cu2+)和铬（Cr6+），在受污染土壤中是很常见的。这些重金属的存在加剧了微生物和植物缺铁的症状，从而对它们的生长产生不利影响。更甚者，它们可以和蛋白质硫基相结合来抑制酶的活性。镉、铅、铜和铬在被污染的生态系统中永久存在会对整个人类的健康造成长期的危害。生物修复是一种利用微生物解毒和降解污染物的能力来处理环境中污染物的方法，近段时间来作为一种处理环境中污染物的方法日益受到关注。生物修复，作为一种原位处理方法，同以往的物理化学方法相比，因其更具有安全性和经济性而更具选择性。具有多种优良重金属抗性的内生细菌EB L14是从镉超累积植物龙葵叶部分离得到的内生菌。生理生化鉴定以及16S rDNA的鉴定都表明它是杆菌属（Bacillussp.）细菌。在相对较低浓度的二价重金属离子存在条件下EB L14的生物量反而高于无重金属存在条件下的生物量，即：表现出毒物兴奋效应。研究发现，该现象是ATP酶活性异常增高所带来的副作用。EB L14在二价重金属离子存在条件下通过提高ATP酶的活性向胞外排出有毒的重金属离子，而能量利用的异常增多导致了其生物量的过度增长。在24h培养时间内，EB L14能特异性地从含浓度为10mg/L不同重金属的培养基中分别去除75.78%的镉，80.48%的铅，以及21.25%的铜。在相同条件下EB L14对重金属铬几乎没有任何吸收和去除作用。对EB L14去除重金属机理研究表明：能够通过抑制其ATP酶的活力来提高它的重金属修复效率。EB L14优良的环境适应性和其高效的重金属去除能力，表明它在低浓度重金属生物修复领域具有较好的应用前景。本论文是首次尝试利用重金属超累积植物内生菌这一不但具有良好环境适应能力而且具有多种重金属去除机制的微生物直接用于重金属生物修复的研究。本研究有助于生物修复这一更安全、更经济的重金属污染处理方法能够走出实验室最终应用于实际重金属污染处理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 重金属水体污染现状及危害
• 1.1.1 水体污染
• 1.1.2 地表水污染现状
• 1.1.3 地下水污染现状
• 1.1.4 地表水和地下水污染的特点
• 1.1.5 水体污染主要来源
• 1.2 水体中主要重金属污染及其危害
• 1.2.1 主要重金属污染及其毒理效应
• 1.2.2 重金属污染的特点
• 1.3 重金属水体污染防治技术
• 1.3.1 化学法
• 1.3.2 物理法
• 1.3.3 生物法
• 1.4 植物内生菌在处理重金属中的研究
• 1.4.1 生物修复机理
• 1.4.2 植物内生菌的研究进展
• 1.4.3 重金属超累积植物
• 1.5 本实验研究意义
• 第2章 超累积植物内生菌的分离提纯及鉴定
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 植物样品来源
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 植物材料表面消毒
• 2.3.2 内生菌的分离
• 2.3.3 内生菌的提纯
• 2.3.4 内生菌最适培养基的确定
• 2.3.5 内生菌菌株的重金属镉、铅、铜、锌和铬抗性研究
• 2.3.6 抗性菌株 EB L14 的形态和生理生化特征鉴定
• 2.3.7 内生菌菌株 L14 的 16s rDNA 的鉴定
• 2.4 实验结果
• 2.4.1 龙葵内生菌菌株的分离和提纯
• 2.4.2 菌株对重金属镉、铅、铜、锌和铬的最小抑制浓度（MIC）测定
• 2.4.3 菌株的鉴定及其生理生化特征
• 2.5 小结
• 第3章 芽孢杆菌 EB L14 对重金属生物修复作用研究
• 3.1 前言
• 3.2 试剂和材料
• 3.2.1 菌株来源
• 3.2.2 试剂
• 3.2.3 培养基
• 3.2.4 分析技术方法
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 EB L14 对重金属抗性研究
• 3.3.2 重金属对 EB L14 生长曲线的影响
• 3.3.3 活菌 EB L14 对镉、铅、铜和铬的生物吸附作用
• 3.3.4 重金属镉和铅存在下菌种生长过程中 ATP 酶的活性测定
• 3.3.5 无营养物条件下内生菌 EB L14 对重金属镉、铅、铜和铬的生物降解
• 3.3.6 亚细胞结构分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 EB L14 对重金属抗性研究
• 3.4.2 重金属镉、铅、铜和铬对菌种 EB L14 生长的影响
• 3.4.3 重金属镉和铅存在条件下 ATP 酶的活性研究
• 3.4.4 活菌 EB L14 对重金属离子镉、铅、铜和铬的吸附作用
• 3.4.5 无营养时菌种 EB L14 对隔、铅、铜和铬的吸附效果研究
• 3.4.6 镉和铅在菌株 EB L14 细胞结构中的分布
• 3.5 小结
• 第4章 芽孢杆菌 EB L14 多离子体系下重金属解毒作用初探
• 4.1 前言
• 4.2 试剂与材料
• 4.2.1 菌株来源
• 4.2.2 试剂
• 4.2.3 培养基
• 4.2.4 分析技术方法
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 龙葵菌株吸附效果检测
• 4.3.2 多离子体系下检测菌株 EB L14 对重金属的解毒作用
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 龙葵菌株吸附效果监测
• 4.4.2 多离子体系下检测菌株 EB L14 对重金属的解毒作用
• 4.5 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 致谢