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随着经济发展,水体重金属污染日趋严重。近年来,微生物吸附法因其材料来源广泛、受环境条件影响较小、经济高效、不易产生二次污染等优点受到广泛关注。菌核是丝状真菌菌丝体缠绕融合形成的抗逆组织,因此,产菌核真菌表现出对重金属较强的耐受性。本实验室从庞泉沟自然保护区的森林土壤中分离出耐铜、铅的产菌核曲霉G15菌株,r RNA-ITS序列分析结果和系统发育树表明,该菌株为米曲霉（Aspergillus oryzae）。本论文以该菌株作为吸附剂,对比了菌丝体和菌核对铜、铅离子的吸附特性与机理,为其进一步应用于重金属废水的处理提供理论依据。本论文的主要研究成果如下:1初步探索了产菌核菌株G15在平板培养过程中对铜和铅的耐受性。G15对铜、铅表现出较强的耐受性,查氏酵母膏琼脂（CYA）培养基中添加的Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）浓度高达300 mg/l时,菌株仍能生长。然而,不同浓度的重金属均对G15的生长分化表现出一定的抑制效果,CYA中的铜离子导致G15菌株菌落直径减小,菌丝密度显著降低,高浓度（200–300 mg/l）铜离子导致菌核成熟时间延迟46-53 h。CYA中的铅离子导致G15菌株菌核分化速率降低,明显抑制分生孢子形成和菌丝生长,抑制程度因铅离子浓度不同而存在差异,此外,当铅离子浓度为25和100 mg/l时,菌核的颜色明显变淡。不同重金属浓度下,生长中的菌丝体和菌核对铜、铅离子的胞内外吸附实验表明重金属吸附过程以胞外吸附为主,20–40%的重金属离子被富集在G15菌株细胞内。此外,菌核对两种重金属离子的富集能力均大于菌丝体,表明菌核分化对重金属富集过程有积极作用。2本试验在CYA中添加不同浓度的Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）,研究不用重金属胁迫下A.oryzae G15菌丝体和菌核细胞内的脂质过氧化水平、金属硫蛋白（MT）水平及抗氧化代谢,探索该菌株对Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的抗性机制。结果表明铜、铅胁迫导致G15菌丝体和菌核脂质过氧化水平升高,表明铜和铅诱导细胞内活性氧（Reactive oxygen species,ROS）的生成,形成氧胁迫。铜胁迫导致菌丝体MT水平显著升高,50–100 mg/l的铅胁迫同样显著提升菌丝体MT含量;菌核MT水平几乎不受铜、铅胁迫的影响。该结果表明,MT主要在G15生长前期（菌丝生长阶段）被诱导活化以清除ROS及螯合重金属离子,在菌核发育阶段发挥作用很少。不同铜胁迫条件均导致菌丝体和菌核超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活力升高,其中低浓度的铜胁迫更有利于CAT活力的上升;低浓度铜胁迫导致过氧化物酶（POD）活力升高,而高浓度铜胁迫导致POD活力降低。铅胁迫导致G15菌丝体与菌核SOD和CAT活力下降;菌丝体POD活力升高,菌核内POD活力无显著变化。上述结果表明G15通过胞内抗氧化系统清除铜诱导生成的ROS,降低氧损伤,从而导致菌核生物量降低;而在铅胁迫条件下G15体内的抗氧化系统不足以清除铅诱导的生成的ROS,导致菌核生物量增加。3以A.oryzae G15菌丝球和菌核作为吸附剂处理水溶液中的Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）,并优化吸附条件,探讨吸附特性。结果表明体系pH值对吸附效果影响显著,pH5.0时,菌丝体和菌核对铜离子吸附效果最佳;菌丝体和菌核对铅离子吸附量随pH值增大而增加,pH 6.0时,溶液中超过90%的铅离子被吸附,因此选择pH 6.0作为最佳pH。吸附温度、时间、吸附剂浓度均对吸附效果有一定影响,最佳条件为:附剂浓度为2 g/l,吸附温度为30℃,吸附时间为60 min。此外,溶液中共存离子Na+、K+、Mg2+、Ca2+均抑制G15菌丝体和菌核对铜、铅的吸附,降低吸附效率。然而,低浓度KCl导致菌丝体对铅离子的吸附量增加。4应用吸附等温模型和动力学方程对吸附特性进行分析,并对负载有铜、铅离子的菌丝体和菌核进行解吸、重建试验,进一步分析其性能。本试验选择Langmuir和Freundlich等温吸附模型对米曲霉G15吸附铜、铅离子的数据进行拟合。结果表明Langmuir模型更吸附符合过程,说明该吸附过程主要是发生在吸附剂表面的单分子层吸附过程。由Langmuir方程计算所得的菌核的对铜、铅离子的最大吸附量Qmax分别为73.53和123.46 mg/g,菌丝体对两种离子的最大吸附量分别是35.84和60.61 mg/g。与一级动力学方程相比,二级动力学方程能够更好地拟合不同重金属初始浓度下的吸附数据,而且,由二级动力学方程拟合所得的平衡吸附量与实验值更为接近,表明整个吸附过程中同时存在物理吸附（表面吸附）和化学吸附（胞内富集）。解吸试验结果表明,多于90%的铜、铅离子能够被盐酸、硝酸和EDTA溶液洗脱,再次证实该吸附主要发生于细胞表面,且菌丝体和菌核能够被多次利用。5探索A.oryzae G15菌丝体和菌核对铜、铅的表面吸附机制。通过自动电位滴定,确定G15菌丝体和菌核表面电荷和官能团在不同pH条件下的变化情况;利用扫描电子显微镜探索生长菌株G15吸附铜、铅离子过程中的表面特征变化;最后,利用X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱分析菌丝体和菌核吸附铜、铅离子前后的表面元素和官能团变化。XPS结果证实了菌丝体和菌核对两种重金属离子的表面吸附。由SEM观察可知铜离子和铅离子毒害作用导致菌核表面形态发生明显变化。结合PT、FTIR和XPS结果可知,菌株G15表面羧基在吸附过程中发挥主要作用,氨基也参与了吸附过程。此外,XPS全谱图表明菌丝体细胞表面存在Na元素,吸附实验后Na吸收峰消失,说明离子交换是G15菌丝体表面吸附铜、铅离子的机制之一。由已知结果可知菌丝体和菌核对铜、铅离子的吸附能力取决于其表面羧基数量,菌核表面羧基位点多于菌丝体,导致菌核吸附能力更强。然而,当pH为2.0–3.0时,菌丝体表面钠离子和溶液中铅离子发生快速交换,导致低pH条件下菌核吸附的铅离子量低于菌丝体。