包钢尾矿坝重金属污染的研究

论文摘要

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是生态环境的重要组成部分。随着工业化的发展，城市污染的加剧，土壤重金属污染日益严重。土壤中重金属污染不仅降低土壤肥力和作物的产量与品质，而且恶化环境，并通过食物链危及人类的生命和健康。本文以包钢尾矿坝及周边土壤为研究对象，检测并评价了其重金属的复合污染特征。研究结果表明：包钢尾矿坝及周边土壤受到不同程度的重金属的污染；各重金属潜在生态风险参数由高至低顺序为Pb＞As＞Cu＞Zn＞Cr，Pb的潜在污染风险参数较高，是主要潜在生态风险因子；其中尾矿坝上的土样具有较高的潜在生态风险。同一元素的不同化学形态具有不同的活性,在很大程度上决定着元素的迁移性、生物有效性和毒性。本文针对具有较高的潜在生态风险的包钢尾矿坝上的土壤，采用Tessier形态分析法进行了重金属元素形态分析。结果表明：尾矿坝上的样品中Zn2+主要分布在硫化物及有机物结合态，占总量的50%左右，可交换态占总量的25%左右，Zn2+对生态环境具有潜在的危害； Pb2+主要分布在可交换态，占总量的50%左右，该形态迁移性强，可以直接被生物利用，对生态具有一定的危害。进一步，我们利用生物冶金领域研究最广泛、最有应用价值的菌种—嗜酸氧化亚铁硫杆菌，采用生物浸出手段，对尾矿坝重金属污染进行了初步的治理研究。浸出结果为：嗜酸氧化亚铁硫杆菌对尾矿坝上的样品的重金属浸出率总体来说Zn2+﹥Cu2+﹥Pb2+；浸出率分别约为：55%、41%和5.9%。直接在菌体生长初期添加土壤样品的浸出效果同在菌体的生长对数期时添加土壤样品的浸出效果相比，略有优势。同时考查了嗜酸氧化亚铁硫杆菌对重金属Zn2+)Cd2+)Pb2+的最大耐受浓度，分别为750mmol/L、35mmol/L、10mmol/L，这个耐受浓度相对于大肠杆菌的耐受来说分别是750倍、175倍和2倍。促使我们想探究其重金属的抗性机制，寻找到一个有意思的蛋白，Cd2+/Pb2+的重金属转录调控蛋白（CmtR），我们对这个嗜酸氧化亚铁硫杆菌的重金属转录调控蛋白进行体外重组和性质鉴定。通过SDS-PAGE分析表达、纯化后的CmtR，证实分子量为17Kda，并通过BLAST比对，通过SWISS模型预测其三级结构，初步判断其为MerR家族成员。并通过Cd2+结合实验，表明CmtR可以结合不同浓度的Cd2+，CmtR单体和Cd2+1:0.7以二硫键的形式结合，半胱氨酸结合位点可能为Cys53，Cys77，Cys112，Cys121。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 土壤重金属污染
• 1.1.1 重金属污染来源
• 1.1.2 重金属污染的特点
• 1.1.3 重金属形态分布
• 1.1.4 重金属污染评价
• 1.1.5 土壤重金属污染的微生物修复
• 1.2 生物冶金
• 1.2.1 生物冶金的基本原理
• 1.2.2 生物冶金主要菌种
• 1.2.3 嗜酸氧化亚铁硫杆菌的抗重金属研究进展
• 1.2.4 嗜酸氧化亚铁硫杆菌的抗重金属机制研究进展
• 1.3 课题的研究目的与研究内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 2 包钢尾矿坝及周边土壤重金属污染状况及生态风险评价
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 样品采集和处理
• 2.1.2 重金属总量测定及数据分析
• 2.1.3 评价方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 土壤重金属含量及分布
• 2.2.2 单因子与综合污染评价结果
• 2.2.3 潜在生态危害指数评价结果
• 2.3 结论
• 3 污染土壤重金属形态分布及生物浸出
• 3.1 材料
• 3.1.1 菌种
• 3.1.2 化学试剂与设备
• 3.1.3 采样说明
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 土壤重金属形态分析
• 2+氧化率的测定方法和原理'>3.2.2 Fe²⁺氧化率的测定方法和原理
• 3.2.3 嗜酸氧化亚铁硫杆菌对重金属的抗性
• 3.2.4 土壤重金属的生物浸出
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 土壤中锌、铅的形态分布特征
• 3.3.2 嗜酸氧化亚铁硫杆菌对重金属的抗性
• 3.3.3 生物浸出实验结果
• 3.4 结论
• 4 嗜酸氧化亚铁硫杆菌重金属调控蛋白的表达、纯化及性质研究
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 菌种
• 4.1.2 培养基
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 PCR 扩增
• 4.2.2 酶切 PCR 产物及载体 pLM 1
• 4.2.3 载体和目的片段连接
• 4.2.4 转化
• 4.2.5 阳性克隆的筛选
• 4.2.6 蛋白质表达转化
• 4.2.7 蛋白质的纯化
• 4.2.8 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDSPAGE）
• 4.2.9 紫外可见吸收光谱分析
• 4.2.10 自由巯基的定量
• 2+结合实验'>4.2.11 Cd²⁺结合实验
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 重金属调控基因的克隆
• 4.3.2 阳性克隆筛选结果
• 4.3.3 SDSPAGE 分析重金属调控蛋白
• 4.3.4 紫外可见吸收光谱分析重金属转录调控蛋白
• 4.3.5 重金属调控蛋白的同源性分析
• 4.3.6 分子结构模拟图的模拟
• 4.3.7 自由巯基测定结果
• 2+结合实验结果'>4.3.8 Cd²⁺结合实验结果
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢