海洋沉积物中硫酸盐还原细菌分离及还原重金属Cr(Ⅵ)研究

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微生物硫酸盐还原过程是参与硫循环的微生物的无氧呼吸代谢一种。自然界中,只要有厌氧环境几乎都会发生硫酸盐还原现象,硫酸盐还原微生物广泛存在。海洋沉积物拥有独特的厌氧环境。因此,实验采用海洋沉积物为材料,富集硫酸盐还原微生物,分析微生物硫酸盐还原性质,以及菌株硫酸盐还原对重金属还原过程的影响。论文主要研究结果有以下几方面:(1)将沉积物进行厌氧培养,富集硫酸盐还原菌群。在不同p H下,比较分析硫酸盐还原菌群还原性质。结果表明,在p H值为5~9之间时,随着p H的升高,菌群细胞密度和硫酸盐还原率显现下降趋势,当p H值为5,菌群A600为0.34±0.11,硫酸盐还原率达到最高值96.52±0.44%。菌群硫酸盐还原性质和组成分析表明,在p H5下的培养体系中,优势菌主要是假单胞菌属(Pseudomonas veronii)和脱硫弧菌属(Desulfovibrio alcoholivorans)。(2)采用三层平板法从海洋沉积物中分离纯化出一株硫酸盐还原细菌S5,经鉴定,菌株命名为Desulfovibrio sp.S5。设置不同培养条件,分析其对菌株S5硫酸盐还原性质的影响。结果表明,硫酸盐浓度在0~1.5 g/L范围内,硫酸盐浓度为0.9 g/L时,菌株的蛋白质浓度和硫酸盐还原效率达到最高,分别为182.25±4.45 mg/L和92.26±0.84%,随硫酸盐浓度继续升高,菌株S5生长受到抑制,硫酸盐还原效率降低。在p H值在4.0~9.0范围之间,p H值为6.0时,菌株的蛋白质浓度和硫酸盐还原效率达到最大值,分别为142.43±4.62 mg/L和88.21±3.10%,p H继续升高会抑制菌株S5生长,降低硫酸盐还原效率。Fe(Ⅱ)浓度为90 mg/L时,菌株的蛋白质浓度和硫酸盐还原效率达到最高值,分别为71.52±5.29 mg/L和88.09±2.23%。(3)硫酸盐还原细菌S5基因组测序数据分析表明,在硫酸盐还原过程中,主要酶有硫酸盐腺苷酸转移酶、焦磷酸酶、腺苷酰硫酸盐还原酶、磷酸腺苷磷酸硫酸盐还原酶和醌相互作用结合氧化还原酶,对应基因数为2、11、5、6和19;在有关电子传递体基因中,与细胞色素C相关的基因有43个,与电子传递体黄素蛋白相关的基因有10个,与异二硫键还原酶相关的基因有12个,与醌还原酶相关的基因有24个,与Dsr复合物相关的基因有9个。分析筛选出8个与硫酸盐还原过程关键基因。(4)研究菌株S5还原重金属Cr(VI)的影响。设置Cr(VI)浓度梯度为10、20、30、40、50、60、80 mg/L。结果表明,菌株S5在低浓度Cr(VI)(0~50 mg/L)环境中生长良好。当Cr(VI)浓度为50 mg/L时,菌株S5蛋白质浓度为89.33±6.60 mg/L,Cr(VI)还原率为61.20±3.79%。在50 mg/LCr(VI)浓度和0.1~1.5 g/L硫酸盐浓度溶液中,随硫酸盐浓度增加,菌株S5生长和Cr(VI)还原率逐渐升高;在硫酸盐浓度为1.1 g/L时,菌株S5的蛋白质浓度和Cr(VI)还原率都达到最高,57.40±3.90 mg/L,76.49±7.09%。
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