耐铅菌株的筛选及其吸附特征的研究

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土壤作为生态系统的重要组成部分,目前面临着各种威胁,其中土壤污染最为严重。生物修复技术以其费用低、效果好,不会或很少造成二次污染而得到了广泛地应用,其中优良菌种的筛选是治理的关键环节。目前发现的可用于重金属积累的微生物有限,且其作用效果还有待提高。针对重金属污染土壤的生物修复技术存在的问题,本研究从当地重金属污染土壤中分离筛选耐铅菌株,探索其生长特性和规律,寻求其最佳吸附条件,构建吸附动力学与吸附等温模型,以及吸附解吸实验对其吸附过程进行分析,利用透射电镜和红外光谱探索其作用机理。具体试验研究结果如下:(1)利用选择性培养基,从山西省太原市污染土样中分离筛选出23株耐铅菌株,包括20株细菌,3株真菌,经逐级驯化筛选出5株对铅耐受性高达1000 mg·L-1的菌株;采用火焰原子分光光度计对这5株菌株的吸附效果进行初步检测,其中菌株GDYX03吸附效果最好,吸附率为61.863%,吸附量为7.879 mg.g-1,因此以细菌GDYX03为研究对象,经表型特征、生理生化分析、Biolog鉴定法和16SrDNA测序鉴定,菌株GDYX03为Enterobacter ludwigii,且其最大耐铅性达2000 mg·L-1。(2)采用紫外分光光度计测量不同生长期菌株的生长量,绘制菌株的生长曲线,菌株GDYX03在616 h属于对数期,因此生长因素影响的研究选择培养16 h的菌液;选择接菌量为10%的种子液,pH值67,马铃薯培养基,通气量选择10 mL/50 mL种子液与培养基的混合液,温度为30℃,此时菌株生长状态最佳,为菌株GDYX03的最佳培养条件。(3)研究菌株GDYX03活细胞吸附方式的实验结果表明,无营养物质提供的活细胞作用效果比生长过程的作用效果好,且该菌株活细胞的最佳吸附条件:菌龄72 h、pH 56、接菌量5 g·L-1、温度30℃、时间30 min、初始浓度100 mg·L-1,在此最佳条件下,菌株GDYX03吸附率为98.852%,吸附量为19.73 mg·g-1;pseudo二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型能较好地描述其吸附过程,R2分别达到0.999和0.996;通过透射电镜和红外光谱结果可知GDYX03主要依靠细胞表面吸附Pb2+。(4)室内发芽试验发现,用菌剂单独处理油菜、玉米种子对其萌发基本无影响,与含铅溶液配合使用时,其发芽生长状况明显优于铅离子单独处理的种子。因此,菌剂的添加有利于减轻铅离子的毒害作用,对种子的生长发育有积极地促进作用,这为菌株GDYX03修复铅污染土壤的室外应用提供了科学依据。筛选出的肠杆菌(Enterobacter ludwigii)对Pb2+具有较好的吸附效果,可作为一株待开发的生物修复菌剂,为当地土壤污染治理提供了良好的土著菌种资源。
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