耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究

论文摘要

随着工业的发展,重金属废水污染已经成为环境保护领域中的一个突出问题。锌,作为对生态环境危害较大的一类重金属污染物,具有持久性、毒性大、污染严重等特点,其一旦进入环境后不能被生物降解,大多数将参与食物链循环,并最终在生物体内积累,破坏生物体正常生理代谢活动,危害人体健康。近年来,利用生物法处理重金属废水成为国内外一个新型的研究领域,以其高效率、无二次污染,以及环境友好等特性引起了人们的广泛关注。本文以德兴铜矿筛选得到的耐锌细菌为研究对象,考察新分离的菌株（strain DX-T3-03）对锌的吸附特性,并对菌株进行生理生化及16SrDNA分子鉴定,考察其生长及对重金属的耐受特性；同时,该菌不仅具有强抗锌能力,并且能够降解高浓度苯酚,通过试验,摸索苯酚最佳降解条件及苯酚与重金属在处理过程中的相互影响。菌株DX-T3-03对锌的抗性高达3600 mg/L,对该菌株进行形态观察、16S rDNA序列分析,鉴定该菌归属为变形细菌α亚类,鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas sp.）。考察菌株DX-T3-03生长及吸附锌的基本特性,探索该菌对锌的抗性机理。菌株DX-T3-03对链霉素无抗性,对其它所试抗生素均具有抗性。其最适的生长与吸附锌的条件为：温度35℃,pH 7.0,摇床转速为150 r/min,吸附时间1h,投菌量2g/L。在此最优条件下,菌株对锌的吸附率高达80.93%。菌株DX-T3-03吸附Zn2+的动力学过程可以用准二级动力学方程进行描述。应用Langmuir和Freundlich吸附等温线研究,Langmuir吸附等温线更为适合模拟该菌株的吸附过程,表明该菌对锌的吸附是既包括物理吸附,又含有化学吸附的复杂过程。通过红外光谱、SEM-EDX射线能谱及质粒研究对其吸附机理做了初步探索,结果表明DX-T3-03的细胞壁上参与积累作用的化学官能团主要有-OH、-NH2、-COOH、-PO43-等；高浓度锌在细菌细胞表面形成沉淀而达到对锌的富集与解毒；并且确定该菌的抗锌基因位于质粒上。通过对该菌降解苯酚能力的研究。结果表明,菌株DX-T3-03具有很高的降解苯酚能力,其降解苯酚的最适条件为30℃,pH 7.0,转速150 r/min,接种量20%,并且能在24 h内几乎完全降解600 mg/L苯酚。重金属离子Cu2+、Cd2+、Pb2十和Ni2+对菌株降解苯酚有不同程度的抑制作用,而Zn2+对该菌降解苯酚抑制作用不明显。代谢机制研究表明,苯酚可诱导该菌合成邻苯二酚2,3-双加氧酶,通过间位途径进行苯酚代谢。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 重金属污染来源及现状研究
• 1.1.1 重金属污染来源
• 1.1.2 重金属污染危害
• 1.1.3 锌污染的来源与其危害
• 1.2 重金属废水的处理方法
• 1.2.1 物理方法
• 1.2.2 化学方法
• 1.3 生物吸附
• 1.3.1 生物吸附的概念和优点
• 1.3.2 生物吸附剂的种类
• 1.3.3 生物吸附的影响因素
• 1.4 生物吸附的机理
• 1.4.1 表面络合
• 1.4.2 离子交换
• 1.4.3 氧化还原
• 1.4.4 无机微沉淀
• 1.4.5 酶促作用
• 1.5 鞘氨醇单胞菌的研究概况
• 1.5.1 鞘氨醇单胞菌的理化特性
• 1.5.2 鞘氨醇单胞菌降解有机物
• 1.5.3 重金属抗性研究
• 1.5.4 鞘氨醇单胞菌与其他革兰氏阴性细菌的对比
• 1.6 研究展望
• 1.7 课题研究目的和内容
• 1.7.1 研究目的
• 1.7.2 研究内容
• 1.7.3 研究技术路线
• 2 耐锌细菌的筛选和鉴定
• 2.1 前言
• 2.2 试验材料
• 2.1.1 菌种
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 抗生素及其贮存浓度
• 2.2.4 主要工具酶和生化试剂
• 2.2.5 主要溶液的配制
• 2.2.6 主要实验仪器设备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 土样的采集
• 2.3.2 耐锌微生物的富集分离和纯化
• 2.3.3 耐锌细菌DX-T3-03的鉴定
• 2.3.4 耐锌细菌DX-T3-03的生长条件试验
• 2.3.5 耐锌细菌对抗生素的抗性试验
• 2.3.6 耐锌细菌DX-T3-03对重金属的耐受性试验
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 耐锌细菌的分离
• 2.4.2 耐锌细菌DX-T3-03的鉴定
• 2.4.3 耐锌细菌DX-T3-03的生长条件试验
• 2.4.4 耐锌细菌DX-T3-03对抗生素的抗性试验结果
• 2.4.5 耐锌细菌DX-T3-03对重金属的耐受性试验
• 2.5 本章小结
• 3 Sphingomonas sp.strain DX-T3-03对重金属的吸附及机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料
• 3.2.1 试验菌株
• 3.2.2 试剂
• 3.2.3 试验仪器
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 菌体的制备
• 2+吸附的因素'>3.3.2 影响菌株对Zn²⁺吸附的因素
• 2+的吸附过程模拟'>3.3.3 菌株SDX-T3-03对zn²⁺的吸附过程模拟
• 2+后的解吸试验'>3.3.4 菌株吸附Zn²⁺后的解吸试验
• 2+前后的红外光谱分析'>3.3.5 菌体积累Zn²⁺前后的红外光谱分析
• 3.3.6 扫描电子显微镜（SEM）-X射线能量散射光谱（EDX）分析
• 3.3.7 质粒检测
• 3.4 结果与讨论
• 2+吸附的因素'>3.4.1 影响菌株DX-T3-03对Zn²⁺吸附的因素
• 2+的吸附过程模拟'>3.4.2 菌体DX-T3-03对Zn²⁺的吸附过程模拟
• 2+后的解吸试验'>3.4.3 菌体DX-T3-03吸附Zn²⁺后的解吸试验
• 2+前后红外光谱（FTIR）结果'>3.4.4 菌体吸附Zn²⁺前后红外光谱（FTIR）结果
• 3.4.5 SEM-EDX分析
• 3.4.6 S.DX-T3-03菌株的质粒检测
• 3.5 本章小结
• 4 Sphingomonas sp.strain DX-T3-03苯酚降解研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验材料
• 4.2.1 试验菌株
• 4.2.2 试剂
• 4.2.3 试验仪器
• 4.2.4 培养基
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 苯酚浓度的测定
• 4.3.2 动力学分析
• 4.3.3 环境条件对菌株生长及苯酚降解的影响
• 4.3.4 外加碳源对菌株生长及苯酚降解的影响
• 4.3.5 重金属对菌株生长及苯酚降解的影响
• 4.3.6 不同初始浓度苯酚对菌株生长和苯酚降解能力的影响
• 4.3.7 降解菌邻苯二酚双加氧酶活力的测定
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 环境条件对菌株生长及苯酚降解的影响
• 4.4.2 重金属对菌株生长及苯酚降解的影响
• 4.4.3 苯酚初始浓度对S.DX-T3-03降酚能力的影响
• 4.4.4 苯酚降解动力学研究
• 4.4.5 菌株S.DX-T3-03苯酚代谢途径及酶特性的分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 6 问题不足及研究展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文与申请的专利
• 致谢