论文题目: 耐镉细菌筛选与吸附镉机理研究及其在镉污染土壤修复中的应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 微生物学
作者: 刘爱民
导师: 黄为一
关键词: 耐镉细菌,吸附镉机理,积累,生态多样性,镉污染土壤,修复
文献来源: 南京农业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 镉是有广泛应用价值的有毒重金属。全球每年释放到环境中的镉有3.9万吨，我国受镉等重金属污染的耕地面积近2.0×107公顷。镉类化合物具有较大脂溶性、生物富集性和毒性，是一种剧毒物和致癌物。长期生活在富镉环境中的微生物对镉形成了一定的耐性和抗性。分离研究耐镉细菌用于吸附和积累重金属是治理镉污染的有效措施之一。 本研究从安徽冶炼厂的污染土壤中经富集、驯化、筛选、分离、获得一株高效耐镉菌株。该菌株能够在液体培养基中耐Cd2+浓度达40mmol／L、琼脂平板上耐Cd2+浓度达75mmol／L，对其进行形态特征观察、常规生理生化测定和16SrDNA序列同源性分析----初步鉴定为假单胞菌属（Pseudomonas sp.），编号为J5。 菌株J5能够分泌浅墨绿色素，在含CdSO4(1至12mmol／L Cd2+)、ZnSO4(1至2mmol／LZn2+)、1％MgCl2的牛肉膏蛋白胨培养基中生长的J5菌株呈亮黄绿色，高于12mmol／L Cd2+平板上菌株的亮黄绿色消失，过高浓度的重金属离子抑制了J5菌体次级代谢产物色素的合成。菌株J5生长最适NaCl浓度为0.5％至1％，5％NaCl对菌株生长和耐镉能力影响不大，10％NaCl明显抑制菌株生长。菌体生长过程中分泌碱性物质，能调节溶液的酸度或者碱度，并随培养时间延长，菌体有粘性和絮凝性。菌株J5具有脲酶、过氧化氢酶、脂酶、精氨酸双水解酶、磷酸酶和植酸酶等活性酶特性。0.2mmol／L（Ag+浓度为0.02mmol／L）的高浓度重金属离子对菌株J5生长的毒性顺序为：AgNO3＞CoCl2＞CdCl2＞CdSO4＞ZnSO4＞CuCl2＞Pb（CH3COO）2＞K2Cr2O7＞CuSO4＞NiCl2，而低浓度的MnSO4对菌体生长具有促进作用。菌体浓度对菌株耐镉能力有一定影响，菌浓度愈大，耐镉能力愈强。 电镜观察和EDX能谱结果表明，J5菌体表面和内部聚集含Cd2+的颗粒，并随Cd2+浓度增大，颗粒层的密度逐渐增大。红外图谱分析表明，在低浓度Cd2+溶液中菌株细胞对Cd2+的积累，主要靠细胞壁上-NH2与Cd2+配位结合；高浓度Cd2+存在时，菌株对Cd2+积累的IR峰数减少，峰形突出，细胞壁上典型的-NH2、-COOH、-PO43-、-M-O（O-M-O）吸收峰值变得强而宽，尤其-NH2结合Cd2+作用明显。Mn2+与Cd2+共存时，强烈改变了-NH2基团和-PO43-基团吸收峰形，细胞壁上的活性吸收位点可能增多，增加了细胞壁对Cd2+的吸附和胞内Cd2+含量；Cu2+和Cd2+共存时，增加了Cd2+对菌体细胞膜的穿透和胞内积累。当有Zn2+、Pb2+、Cu2+3种重金属离子共存时，即使有Mn2+存在，菌体对Cd2+吸附积
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
符号及缩略语
第一章 文献综述
第一节 镉的性质
1 镉的发现
2 自然界中的镉分布
3 镉的应用
4 镉类化合物的性质
5 镉应用带来的污染
6 镉类化合物的危害
7 镉的容许含量
7.1 镉在人体内和食品中的容许含量
7.2 镉在土壤中的容许含量
7.3 镉的环境标准
8 镉污染状况和程度
8.1 土壤中镉污染状况
8.2 水体中镉污染状况
第二节 微生物对镉的耐性和抗性
1 镉对微生物细胞的毒性效应
2 耐性和抗性
3 细菌对重金属的抗性
4 细菌中的抗镉系统
4.1 G~+金黄色葡萄球菌中的抗Cd~(2+)系统
4.2 G~-真养产碱杆菌属抗Cd~(2+)系统
4.3 染色体上的抗Cd~(2+)系统
4.4 硫醇
5 抗镉基因和镉诱导蛋白(CDPs)合成
6 应用CadA基因进行污染评价
7 多种重金属离子和抗生素存在对微生物吸附和抗性的影响
第三节 镉污染的治理
1 水体镉类化合物污染的化学治理
1.1 化学沉淀法
1.2 离子交换法
1.3 液膜法
1.4 浮选法
1.5 漂白粉氧化法
1.6 铁氧体法
2 土壤镉类化合物污染的治理
2.1 工程治理方法
2.2 化学治理方法
2.3 农业治理方法
2.4 生物治理方法
第四节 微生物对镉的吸附和积累
1 微生物与重金属相互作用的机理
2 微生物吸附和积累重金属离子
2.1 微生物吸附金属离子
2.2 微生物积累金属离子
3 微生物吸附的优点
4 微生物细胞的固定化吸附技术和特点
4.1 微生物细胞的固定化吸附技术
4.2 固定化微生物技术的特点
5 生物吸附剂的预处理
6 利用土壤微生物固定重金属
第五节 立题依据与研究途径
1 国内外研究概况
1.1 研究历史
1.2 目前尚需研究的问题
1.3 研究前景
2 立题依据和研究意义
3 课题研究内容
3.1 冶炼厂周围耐受重金属菌株的研究
3.2 耐镉菌株的分离鉴定
3.3 菌株对Cd~(2+)的耐性研究
3.4 耐镉菌株吸附和积累镉的机理
3.5 镉污染土壤微生物多样性和耐镉基因的研究
3.6 菌剂应用的植物安全性研究
4 本研究期望得到的结果
5 论文设计
第二章 耐镉细菌的分离、筛选和鉴定及其生物学特性
1 材料
1.1 取样区概况
1.2 土壤样品的采集
1.3 化学试剂
1.4 培养基
1.5 仪器
2 方法
2.1 平板直接分离耐镉细菌
2.2 Cd~(2+)对土壤可培养细菌菌落数的影响
2.3 耐镉菌株的筛选
2.4 菌种的初步常规生理鉴定
2.5 菌体特征色素的提取与研究
2.6 菌体表面活性剂的提取和研究
2.7 菌株的溶磷特性研究
2.8 菌种的分子生物学鉴定
3 结果与分析
3.1 耐Cd~(2+)的可培养细菌数分析
3.2 NaCl对土壤可培养细菌数的影响
3.3 菌株的形态与生理生化特征
3.4 菌体色素的研究
3.5 菌体产生的表面活性剂的研究
3.6 菌株J5的溶磷特性
3.7 菌株16SrDNA的克隆及序列测定和比较
4 结论
第三章 影响菌株J5生长和耐镉能力的因素
1 材料
1.1 菌种
1.2 培养基
1.3 试剂
1.4 仪器
2 方法
2.1 菌株在固体培养基上对重金属离子的耐性
2.2 不同金属离子对液体培养基中菌株生长的影响
2.3 菌株在含不同浓度Cd~(2+)的液体培养基中生长情况
2.4 通气量对菌株生长和耐镉的影响
2.5 渗透压对菌株生长和耐镉的影响
2.6 pH对菌株生长和耐镉的影响
2.7 接种量和Cd~(2+)添加方式不同对菌株生长的影响
2.8 抗生素对菌株耐Cd~(2+)能力的影响
2.9 菌株J5在Cd~(2+)低浓度梯度培养条件下的SDS-PAGE电泳
3 结果与分析
3.1 菌株J5在固体培养基上对重金属离子的抗性
3.2 不同金属离子对在液体培养基中菌株生长的影响
3.3 高浓度重金属离子对菌株J5生长的毒害顺序
3.4 菌株J5在含不同浓度Cd~(2+)的液体培养基中生长情况
3.5 通气量对菌株生长和耐镉的影响
3.6 NaCl对菌株在液体培养基中生长和耐镉的影响
3.7 pH对菌株生长和耐镉的影响
3.8 接种量、重金属Cd~(2+)浓度及添加方式对菌株J5生长的影响
3.9 抗生素对菌体耐Cd~(2+)能力的影响
3.10 菌株J5在低浓度Cd~(2+)的条件下SDS-PAGE电泳图谱
4 结论
第四章 菌株J5对Cd~(2+)的吸附和积累
1 材料
1.1 菌种
1.2 培养基
1.3 化学试剂
1.4 仪器
2 方法
2.1 J5菌体对不同浓度Cd~(2+)的积累率
2.2 生长稳定期的J5菌体细胞对Cd~(2+)的吸附
2.3 在多种重金属离子共存时游离J5菌株对Cd~(2+)的积累
2.4 J5冻干菌体对Cd~(2+)的吸附
2.5 镉在菌体不同部位的分布
2.6 固定化J5菌体对Cd~(2+)的吸附积累
2.7 解吸附研究
2.8 J5菌体表面活性剂对Cd~(2+)的吸附
2.9 吸附含Cd~(2+)的菌体回收Cd~(2+)的研究
3 结果与分析
3.1 菌株J5对不同浓度Cd~(2+)的积累和外排
3.2 生长稳定期时的J5细胞对Cd~(2+)的吸附结果
3.3 在多种重金属离子共存时菌株对Cd~(2+)的积累情况
3.4 镉在菌体不同部位的分布
3.5 不同量的J5冻干菌体对Cd~(2+)的吸附情况
3.6 固定化J5菌体对Cd~(2+)吸附结果
3.7 对吸附Cd~(2+)的固定化J5菌体的解吸附
3.8 J5菌体产生的表面活性剂对Cd~(2+)的吸附
3.9 吸附含Cd~(2+)的菌体用滤纸回收的结果
4 结论
第五章 假单胞菌J5菌株吸附积累Cd~(2+)的显微观察
1 材料
1.1 菌种来源
1.2 化学试剂
1.3 培养基
1.4 仪器
2 方法
2.1 在有和无Cd~(2+)液体培养基中的菌体光镜观察
2.2 扫描电镜观察Cd~(2+)对菌体生长的影响和EDX能谱分析
2.3 透射电镜观察菌体对Cd~(2+)的吸附积累情况
3 结果与分析
3.1 菌体在有和无Cd~(2+)液体培养基中的生长状况
3.2 菌体在含Cd~(2+)的琼脂培养基上的生长
3.3 扫描电镜观察Cd~(2+)对菌体生长的影响和EDX能谱分析结果
3.4 透射电镜观察J5菌体对Cd~(2+)的吸附积累
4 结论
第六章 菌株J5吸附积累Cd~(2+)的红外光谱研究
1 材料
1.1 菌种来源
1.2 试剂和培养基
1.3 仪器
2 方法
2.1 菌株J5对不同浓度Cd~(2+)积累的IR光谱分析
2.2 2种重金属离子共存时菌株J5对Cd~(2+)积累的IR光谱分析
2.3 多种重金属离子共存时菌株J5对Cd~(2+)积累的IR光谱分析
2.4 抗生素对菌株J5积累Cd~(2+)影响的IR光谱分析
3 结果与分析
3.1 不同浓度Cd~(2+)的培养基中生长的菌株J5对Cd~(2+)积累的IR光谱图
3.2 2种重金属离子共存时菌株J5对100mg／LCd~(2+)积累的IR光谱图
3.3 多种重金属离子共存时菌株J5对100mg／LCd~(2+)积累的IR光谱分析
3.4 抗生素对菌株J5积累Cd~(2+)影响的IR光谱分析
4 讨论
5 结论
第七章 镉污染尾矿土壤微生物中耐镉相关基因片段的检测与微生物多样性分析
1 矿区自然状况和研究方法
1.1 矿区自然概况
1.2 取样及样品处理
1.3 化学试剂
2 方法
2.1 土壤重金属含量及理化性质分析
2.2 土壤微生物活性指标分析
2.3 土壤微生物群落功能多样性BIOLOG测试
2.4 数据分析
2.5 镉污染尾矿土壤总基因组DNA的分离纯化
2.6 引物设计
2.7 CadA和CzcC基因的PCR扩增
2.8 尾矿细菌基因组变性梯度凝胶电泳DGGE分析
3 结果与分析
3.1 铜陵尾矿区土壤的基本理化性质
3.2 J5菌剂添加前后不同处理的铜尾矿土样品中可培养土壤微生物细菌数量分析
3.3 尾矿区土壤微生物群落功能多样性分析
3.4 镉污染尾矿土总DNA的提取
3.5 CadA和CzcC基因PCR扩增结果
3.6 镉污染尾矿土中细菌16SrDNA V3区片段DGGE分析
4 讨论
5 结论
第八章 J5菌剂植物生长安全性检测和在镉污染环境修复中的应用
1 材料
1.1 试验种子品种
1.2 化学试剂
1.3 微生物菌剂
2 试验方法
2.1 试验种子的处理
2.2 萌发青菜种子中Cd~(2+)含量的测定
3 结果与分析
3.1 黄瓜种子在镉和J5菌剂不同处理下的发芽状况
3.2 青菜种子在镉和J5菌剂不同处理下的发芽状况
3.3 镉胁迫下萌发的青菜种子中的镉含量
4 结论
全文讨论
全文总结
本文创新之处
参考文献
在校期间发表论文
致谢
发布时间: 2006-10-20
参考文献
- [1].镉污染水平对土壤—植物中氮素转化的影响及其微生物学机制研究[D]. 王鹏程.华中农业大学2018
- [2].高低镉积累油菜品种筛选及其生化机制研究[D]. 吴志超.华中农业大学2015
- [3].镉污染土壤和作物中镉的生物有效性和毒性的体外细胞检测法对人体健康和环境风险的评估[D]. Rukhsanda Aziz.浙江大学2015
相关论文
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- [3].铅锌矿渣中重金属耐受细菌的进化生态特征研究[D]. 张汉波.云南大学2003
- [4].铅镍富集植物的筛选及其根际微生态特征[D]. 陆引罡.西南大学2006