活性真菌对重金属离子吸附及抗性的实验研究

论文摘要

重金属的生物吸附是以吸附、离子交换、络合或微沉淀作用为基础的一种物理-化学现象,金属的生物吸附因其科学的新颖性和在环境保护中的应用潜力,一直受到极大的重视,许多研究表明,活的或死的、完整的微生物细胞以及微生物的代谢产物都能高效地吸附金属离子。目前关于死菌吸附重金属的研究已有很多报道,但是有关生长中的真菌对重金属吸附的报道很少。从湖南临乡桃林矿区土壤中分离到一株高抗铜和锌的菌株,经26S rRNA D1/D2鉴定为棘孢曲霉Aspergillus aculeatus。本实验将生长中的该菌体作为活性生物吸附剂,选择铜（Ⅱ）、锌（Ⅱ）两种离子作为吸附质。在单一重金属离子体系中,研究在不同溶液初始pH值、不同吸附质初始浓度、不同吸附时间情况下,菌体对铜（Ⅱ）、锌（Ⅱ）两种离子的吸附能力。根据实验结果确定真菌吸附的优化条件。不少重金属是微生物正常生长的必需元素,但是当重金属在菌体内浓度过高时,会对菌体产生毒性。微生物可通过细胞的表面富集与细胞膜成分的改变减小毒性的破坏,通过多途径的联合作用对重金属的毒性进行解毒。重金属的抗性增强了各种微生物在恶劣环境下的生存能力。本文研究了铜（Ⅱ）、锌（Ⅱ）两种离子对菌体的最低抑制浓度（MIC）,并通过电镜照片和红外光谱图分析菌体吸附金属离子前后的变化。此外还通过碘量法测定不同培养环境中菌体内谷胱甘肽含量的变化,初步探究菌体产生金属抗性的机理。实验表明在优化条件下:30℃,pH值5.0,起始铜离子和锌离子浓度为50mg/L,摇床转速为120r/min,培养时间120h,该菌体对铜离子和锌离子的吸附率分别达到54%和60%。菌株可以单抗铜400mg/L、锌800mg/L。电镜照片表明25mg/L铜锌两种离子对菌体造成了一定程度的损伤,使其细胞表面形态和内部结构均发生了变化;红外光谱图说明菌体表面的-OH、磷酸酯、糖环等参与了吸附活动。A. aculeatus菌在重金属铜和锌胁迫下,体内的谷胱甘肽起了显著变化。在铜锌离子浓度为50mg/L时,菌体内谷胱甘肽的含量达到最大值,分别为0.98和0.88mg/g。而没有金属离子胁迫时生长的菌体体内谷胱甘肽含量很低,只有0.04mg/g。可以初步认为谷胱甘肽缓解了铜、锌离子对Aspergillus aculeatus的氧化损伤。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 重金属废水的来源及危害
• 1.1.1 重金属废水的来源
• 1.1.2 重金属废水的危害
• 1.2 重金属废水处理现状
• 1.3 生物吸附的研究
• 1.3.1 生物吸附的概念
• 1.3.2 生物吸附的机理
• 1.3.3 生物吸附剂来源
• 1.3.4 生物吸附的影响因素
• 1.4 微生物抗性机制的研究
• 1.4.1 重金属表面富集与金属晶体的形成
• 1.4.2 细胞膜成分与通透性改变的抗性适应
• 1.4.3 重金属对微生物的毒性
• 1.4.4 微生物对重金属的抗性及解毒作用
• 1.5 重金属废水生物处理技术及其研究进展
• 1.5.1 生物吸附技术的研究进展
• 1.5.2 重金属抗性研究的应用与展望
• 1.6 本篇主要研究内容
• 第2章 优势菌种的分离、筛选及鉴定
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验主要仪器
• 2.2.2 分离源
• 2.2.3 培养基
• 2.2.4 菌种的分离
• 2.2.5 真菌培养基的选择
• 2.2.6 优势真菌的筛选
• 2.2.7 优势真菌的鉴定
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 真菌培养基的选择
• 2.3.2 优势真菌的筛选
• 2.3.3 2#菌的鉴定
• 2.4 本章小结
• 第3章 A.ACULEATUS 菌吸附铜、锌离子的特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验主要仪器
• 3.2.2 培养基
• 3.2.3 孢子液的制备
• 3.2.4 金属溶液及试剂
• 3.2.5 A. aculeatus 菌生长曲线的测定
• 3.2.6 吸附实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 A. aculeatus 菌的生长曲线的测定
• 3.3.2 pH 值对A. aculeatus 菌生长量的影响
• 3.3.3 A. aculeatus 菌的富集优化条件实验
• 3.3.4 溶液pH 值对富集效果的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 A. ACULEATUS 菌金属抗性及其机制的初步研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 实验主要仪器
• 4.2.2 培养基
• 4.2.3 孢子液的制备
• 4.2.4 金属溶液及试剂
• 4.2.5 A. aculeatus 菌对铜、锌离子的抗性研究
• 4.2.6 红外光谱分析（FTIR）
• 4.2.7 谷胱甘肽提取及测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 A. aculeatus 菌对铜、锌离子的抗性
• 4.3.2 红外光谱分析
• 4.3.3 谷胱甘肽的提取及测定
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录:作者在校期间发表的论文
• 致谢