南通嗜铜菌X1T对重金属镉的耐受特性及适应机制研究

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镉(Cadmium)是一种在环境中不易被去除且毒性极强的重金属元素。微生物修复技术因其效率高、成本低、对环境友好等优势,逐渐成为当前治理重金属污染物的前沿研究方向。本文以一株实验室前期分离筛选的有机磷农药高效降解菌株南通嗜铜菌X1T(Cupriavidus nantongensis X1T)为研究对象,研究了其对重金属镉的耐受与去除能力,测定了其在镉胁迫下的生长特性和形貌变化,并探究了其对Cd2+去除机理,为重金属污染的生物修复技术提供了理论依据,本文的主要研究结果如下:1.Cd2+对菌株X1T的最小抑制浓度(MIC)为306.88 mg/L。2.在不同温度和Cd2+浓度条件下,菌株X1T的生长及其对Cd2+的去除能力均受到影响。37℃条件下,菌株X1T对5、10、20 mg/L浓度条件下对Cd2+的去除率分别为70%、47%和19.5%;菌株X1T生长随着温度的下降而受到抑制,在16℃、25℃和37℃条件下菌株X1T对5 mg/L Cd2+去除率分别为4.6%、39.8%和70%。不同浓度的初始接菌量只影响菌株X1T的生长速度,对Cd2+的最终去除率基本没有影响。3.菌株X1T对Cd2+的去除主要通过胞外吸附和胞内积累。菌株X1T在5mg/L Cd2+条件下,细胞胞外吸附量和胞内积累量分别为1.28 mg/g和1.32 mg/g;在20mg/L Cd2+条件下,胞外吸附量和胞内积累量分别为2.05 mg/g和3.11 mg/g。随着溶液中的Cd2+离子浓度升高,菌株X1T对Cd2+的去除方式更多的表现为胞内积累。4.菌株X1T在Cd2+胁迫条件下,其细胞形态发生了显著变化,胞外聚合物明显增加。通过能谱分析进一步证明了菌株X1T的胞外聚合物可以对Cd2+产生吸附作用。傅里叶红外光谱分析显示,C-H、-COOH、-NH、C-N等官能团在菌株对Cd2+吸附过程中发挥着重要作用。5.菌株X1T基因组和Cd2+胁迫下的转录组序列结果显示,在菌株基因组中存在3条Cd2+抗性基因簇,分别编码控制2种不同的Cd2+外排系统(czc和cad)。在重金属镉胁迫下,共有1157个基因发生了差异性表达。细胞表面的EPS吸附和外排、胞内积累、氧化应激、VI型分泌蛋白、金属硫蛋白的合成和半胱氨酸合成系统在菌株X1T对Cd2+的耐受与去除中发挥重要作用。6.菌株X1T在Cd2+胁迫条件下,其细胞内部的抗氧化酶活性提高。20 mg/L Cd2+实验组中过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽还原酶(GR)和超氧化物歧化酶(SOD)活性较不添加Cd2+的对照组分别提升至143.33%、154.54%和146.86%。
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