鎘污染對放線菌生物活性和種群結(jié)構(gòu)的影響及鎘生物吸附研究.pdf

1、本項目以華家池旱地黃松田土壤為研究材料，運用現(xiàn)代分子生物學手段，采用室內(nèi)培養(yǎng)及統(tǒng)計分析相結(jié)合的方法，全面探討了鎘脅迫對旱地土壤放線菌生態(tài)多樣性的影響，并以土傳致病菌-番茄潰瘍病菌(Clavibacter michiganensis subsp.michiganensis，Cmm)為供試菌株，分析篩選到的1株對Cmm具有較強抑制作用的放線菌HL-12(Streptomyces vinaceus)受鎘脅迫在純培養(yǎng)條件下及在無菌土壤環(huán)境中對C

2、mm的抑制效果。此外還分離到l株對鎘具有較強抗性的放線菌K33(Streptomyces psammoticus)，對2株放線菌在鎘污染水環(huán)境中對鎘的生物吸附動力學及其吸附機理作了初步研究和比較，為建立有效的重金屬污染預(yù)警指標體系、環(huán)境質(zhì)量評價及抗鎘微生物的有效利用提供有益的參考.本研究所獲主要結(jié)論如下：
　　 1.采用現(xiàn)代分子生態(tài)學手段研究了鎘脅迫對旱地土壤中放線菌生態(tài)多樣性的影響。在培養(yǎng)初期鎘對放線菌種群毒害作用較為明顯，與

3、對照相比，許多條帶消失，基因多樣性下降，到了培養(yǎng)后期，不同處理間的基因多樣性差異逐漸縮小，數(shù)量上仍存在一定差異。在含0.5～1.0 mg·kg-1鎘的培養(yǎng)初期DGGE圖譜中出現(xiàn)特異性條帶，為對照和高濃度鎘處理樣品中所沒有，經(jīng)序列測定及與GenBank中核酸數(shù)據(jù)進行比對分析，與Rhodococcus sp. M51-3.3具有很高的相似性，以該序列代表菌株用來檢測土壤低濃度鎘污染具有一定的可行性.另有一條特異性DGGE條帶只出現(xiàn)在對照樣品

4、中，經(jīng)序列測定及與GenBank中核酸數(shù)據(jù)進行比對分析，與Streptomyces sp.343E07具有很高的相似性，說明該條帶代表菌株對鎘較為敏感，可以作為一種鎘污染環(huán)境中的特征性菌株。
　　 2.從浙江臺州一廢棄鉛鋅尾礦土壤和浙江大學華家池一處未遭受重金屬污染的旱地土壤中分別分離純化獲得l株可在含鎘300mg.l.I的LB培養(yǎng)基中正常生長的抗鎘放線菌株和對Cmm具有較強抑制作用的放線菌.通過對2菌株進行形態(tài)觀察、培養(yǎng)特征、

5、生理生化特性分析、細胞壁化學組分分析及16S rRNA基因序列同源性比較，利用DNAStar軟件進行系統(tǒng)發(fā)育地位分析，構(gòu)建系統(tǒng)進化樹，鑒定其分別屬于Streptomyces psammoticus和Streptomycesvinaceus.重金屬抗性實驗表明，菌株K33對鉛和鋅具有良好的抗性，對銅的耐受性較差。利用圓紙片法測定菌株HL-12的發(fā)酵粗提液對Cmm的抑制作用，直徑可達11mm，利用瓊脂塊平板法測定活菌活性，直徑大小為13 m

6、m.此外，菌株HL-12對革蘭氏陽性菌具較強的抑制作用，對革蘭氏陰性菌的抑制性較弱，對稻瘟病菌(真菌)無拮抗作用。
　　 3.研究了純培養(yǎng)及滅菌土壤環(huán)境中，鎘對菌株HL-12抑菌活性的影響。結(jié)果顯示適宜濃度鎘脅迫下，促進放線菌的次生代謝過程，增強其抑菌活性，當鎘濃度超過菌體自身調(diào)節(jié)作用，則對菌體產(chǎn)生一定的毒害作用，影響其次生代謝過程，進而對其抑菌活性產(chǎn)生負面效應(yīng).添加Ca2+，在一定程度上可以緩解鎘對菌株的毒害作用.添加低濃度C

7、a2+有利于菌株抑制Cmm生長，高濃度Ca2+降低菌株HL-12對Cmm的抑制作用。在滅菌土壤中，超過土壤鎘污染臨界點的濃度(1.0 mg·kg-1)，菌株HL-12對Cmm仍具有一定的抑制效果，只有在鎘離子濃度超過污染臨界值3—5倍左右時，才會對菌株HL-12的抑菌活性產(chǎn)生一定的影響。
　　 4.研究了2分離菌株HL-12和K33對鎘離子的吸附動力學。結(jié)果表明菌株K33在鎘污染水環(huán)境中的吸附能力較菌株HL-12要強。在pH為6

8、.0，菌體濃度為2.0～2.5g·1-1的條件下，一定濃度鎘溶液中處理60 min，菌株K33的最大吸附量為1.98 mol·g-1，菌株HL-12的最大吸附量為1.14 mol·g-1.Langmuir，F(xiàn)reundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)3個等溫吸附模型對實驗數(shù)據(jù)均可以進行較好的模擬，Langmuir與實驗數(shù)據(jù)擬合效果最好.二級動力學模型能較好地模擬整個吸附過程.在pH值為2.0時，菌株K33的解

9、吸率達70％左右，可以作為生物吸附劑處理低濃度鎘污染水體。
　　 5.初步研究了放線菌對鎘的生物吸附及耐受性機理。細胞中DNA、蛋白質(zhì)、多糖、脂類4類主要組分對鎘離子的吸附具有較大差異。菌株K33和HL-12細胞中均以蛋白質(zhì)結(jié)合態(tài)鎘為主要存在形式，脂類和多糖結(jié)合態(tài)鎘的存在比例相當，以DNA結(jié)合態(tài)鎘存在形式最少。透射電鏡觀察結(jié)果顯示，鎘對菌株HL-12形態(tài)影響較大，添加鎘后菌株HL-12體積變小，胞囊壁呈現(xiàn)變形蟲狀，胞內(nèi)透明，胞囊