真菌對(duì)重金屬的抗性機(jī)制和富集特性研究.pdf

1、重金屬及其化合物在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致大量含重金屬廢水、廢渣產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。在重金屬污染治理中，如何降低或消除重金屬的毒性是減小重金屬污染危害的關(guān)鍵。自然界中許多菌種具有重金屬抗性和富集能力，因而用微生物法治理重金屬污染具有較好的前景。 本文選用幾株不同形式的真菌用于重金屬離子的富集和吸附，分別對(duì)生長中的菌體對(duì)重金屬的抗性機(jī)制、富集特性，活性菌體和非活性菌體的吸附特征和機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究與探討。 從湖南省

2、岳陽市臨鄉(xiāng)銅鋅尾砂壩的尾砂中分離篩選出一株對(duì)Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)具有高抗性的富集菌CTB430-1，通過細(xì)胞形態(tài)觀察、ITS基因序列測定和系統(tǒng)發(fā)育分析，被鑒定為黃曲霉(Aspergillus，flavus)。 菌株CTB430-1對(duì)Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)具有較強(qiáng)的抗性，Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)對(duì)其最低抑菌濃度分別為400和800mg/L。選擇的對(duì)比菌株黑曲霉(Aspergillus niger)的最低抑菌濃度分別為200和30

3、0mg/L，其對(duì)兩種重金屬的抗性相對(duì)較弱。CTB430-1對(duì)Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的富集量分別在濃度為200和250mg/L時(shí)達(dá)到最大，為30.82和40.37mg/g。A.niger分別在150和250mg/L時(shí)達(dá)到最大，為8.89和22.80mg/g。 對(duì)菌體CTB430-1和A.niger富集Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的影響因素如溶液初始pH值、重金屬初始濃度、共存離子、孢子液接種量、溫度進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，溶液初始pH值

4、對(duì)兩個(gè)菌株的生長和富集量均有重要影響，pH<2.0時(shí)抑制菌體的生長；隨pH值在2.0-5.0范圍內(nèi)增加，菌體生長量和富集量均增加；在pH值為5.0時(shí)均達(dá)到最大。在Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)為25-100mg/L范圍內(nèi)，重金屬濃度增加對(duì)菌體CTB430-1和A.niger生長的有潛在抑制作用，導(dǎo)致菌體生長延滯期增加，兩種菌體生長量均在5d時(shí)達(dá)到平衡；兩種菌體對(duì)不同濃度Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)富集均分別在4d和5d時(shí)達(dá)到平衡。在Cu(Ⅱ)和Zn(

5、Ⅱ)共存系統(tǒng)內(nèi)，除在Cu(Ⅱ)+Zn(Ⅱ)濃度為(25+25)mg/L和(25+50)mg/L時(shí)對(duì)A.niger菌體生長有較小的促進(jìn)作用外，對(duì)兩種菌體生長抑制作用均大于單離子系統(tǒng)，金屬單離子濃度較高時(shí)，其競爭能力較強(qiáng)，富集能力相對(duì)較大。菌體CTB430-1和A.niger在Cu(Ⅱ)和Zn( Ⅱ)溶液的生長量和富集能力隨接入的孢子液體積增加而增加，在體積為1mL時(shí)達(dá)到平衡。兩菌體的生長量均在25℃-30℃之間達(dá)到最大，富集量在

6、30℃-35℃之間達(dá)到最大。 電鏡掃描和透射分析CTB430-1和A.niger菌絲體富集Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)前后的表面特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，表明菌體生長受重金屬毒害作用可能破壞了菌體表面結(jié)構(gòu)，或菌絲體表面可能吸附了部分重金屬而使表面模糊；富集過程主要由表面吸附和胞內(nèi)富集兩部分組成。 紅外光譜分析表明菌體CTB430-1對(duì)Cu(Ⅱ)的富集并未破壞其本身的結(jié)構(gòu)，羥基是CTB430-1吸附或絡(luò)合或螯合Cu(Ⅱ)的主要活性

7、基團(tuán)，而A.niger吸附是由菌體中多糖類基團(tuán)上的P作為配位原子與Cu(Ⅱ)配位絡(luò)合所造成。 對(duì)CTB430-1和A.niger對(duì)Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)抗性機(jī)制進(jìn)行研究。結(jié)果表明，高濃度的Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)顯著抑制了CTB430-1和A.niger生長，導(dǎo)致可溶性蛋白含量下降，還原型谷胱甘肽(GSH)含量顯著增加，說明GSH緩解了重金屬對(duì)細(xì)胞的氧化損傷作用；且超氧化物岐化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性隨重金屬濃度增

8、加顯著增加，這是兩種菌體抵抗過氧化的主要表征之一，CTB430-1的酶活增加較大，說明CTB430-1對(duì)Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的抗性較A.niger強(qiáng)。Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)作用時(shí)，可誘導(dǎo)CTB430-1和A.niger菌體丙二醛(MDA)含量增加，Cu(Ⅱ)作用時(shí)顯著增加，說明活性氧自由基介導(dǎo)的膜質(zhì)過氧化作用是Cu(Ⅱ)導(dǎo)致CTB430-1和A.niger細(xì)胞損傷的主要原因。 就外源NO對(duì)Cu(Ⅱ)作用下菌株CTB430-1

9、和A.niger抗氧化系統(tǒng)的影響進(jìn)行研究。結(jié)果表明，低濃度NO處理(0.1mmol/L的硝普鈉(SNP)溶液)時(shí)，能促進(jìn)CTB430-1和A.niger生長。外源NO可能通過減緩可溶性蛋白質(zhì)的降低，促成GSH的合成，誘導(dǎo)菌體內(nèi)SOD和CAT活性增強(qiáng)來增加菌株CTB430-1和A.niger的抗氧化能力。低濃度的NO可有效降低兩菌體內(nèi)MDA的含量來減緩Cu(Ⅱ)的毒性，但高濃度NO(0.3mmol/L的SNP)的緩解作用不明顯。

10、 對(duì)活性黑曲霉(Aspergillus niger)對(duì)Cd(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明，A.niger對(duì)Cd(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)吸附的最佳pH值分別為4.0和6.0；其最佳吸附溫度和轉(zhuǎn)速范圍分別在25-30℃和100-150r/min。在最佳條件下，吸附量在Cd(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的初始濃度分別為75和150mg/L達(dá)到最大，分別為17.35和24.60mg/g；A.niger對(duì)兩種重金屬的吸附均在24h達(dá)到平衡；對(duì)Cd(

11、Ⅱ)和Zn(Ⅱ)吸附均符合Langmuir等溫模型，吸附過程可由二級(jí)速率動(dòng)力學(xué)方程描述。 本文還對(duì)非活性簡青霉(Penicillium simplicissimum)吸附Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附等溫線、動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)進(jìn)行了研究，同時(shí)就溶液初始pH值、重金屬初始濃度、吸附劑用量、吸附時(shí)間、溫度和共存離子對(duì)吸附的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，P. simplicissimum對(duì)Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)吸附均符