论文部分内容阅读
含重金属或放射性核素的废水排放后会导致周围环境污染,并通过生物链的传递、富集作用进入人体,对人类健康造成严重危害。因此,必须对其进行有效的治理。近年来,微生物修复法是日益受到人们关注的一种高效低成本废水治理方法。本文从抗性丝状真菌的分离、筛选着手,系统研究了丝状真菌对As(Ⅴ)和Eu(Ⅲ)的吸附性能、富集特征、相互作用和耐受机制。主要研究内容和结果如下:(1)抗As(Ⅴ)真菌的筛选。采用稀释涂布法从砷污染的土壤中共分离28株耐砷真菌,经过形态学初步鉴定,丝状真菌有11株。其中,TLWK-06和TLWK-09菌株在5000 mg/L As(Ⅴ)胁迫下仍然有一定程度的生长。且这2株真菌对As(Ⅴ)都有较好的去除效果,3 d后As(Ⅴ)的去除率都达到了50%以上。经形态学与分子生物学鉴定,真菌TLWK-06和TLWK-09的菌落形态、孢子结构等分别与毛霉(Mucor circinelloides)和米曲霉(Aspergillus oryzae)的特征形态相同;且ITS基因序列在NCBI上BLAST比对结果显示,TLWK-06和TLWK-09分别与M.circinelloides和A.oryzae相似度都达99%。(2)抗砷真菌A.oryzae TLWK-09对As(Ⅴ)吸附特性研究。采用批量实验方法研究了A.oryzae TLWK-09对溶液中As(Ⅴ)的吸附性能。结果表明,初始pH值和离子浓度对真菌A.oryzae TLWK-09去除As(Ⅴ)的效果有较大影响,其对As(Ⅴ)吸附量随着pH值升高而降低,菌株A.oryzae TLWK-09在As(Ⅴ)溶液的吸附能力随着菌丝用量的上升不断增加,当菌丝体浓度超过0.6 g/L时,吸附率增加的趋势明显变缓。A.oryzae TLWK-09对溶液中As(Ⅴ)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,在pH=6.5、温度为301K时,最大吸附量为54.12 mg/g。扫描电镜和透射电镜结果显示,富集后的菌丝体表面模糊,细胞壁质地变得疏松,厚度增大,细胞壁周围和胞内有细小颗粒堆积物。表明A.oryzae TLWK-09去除As(Ⅴ)主要是由真菌细胞壁表面吸附和胞内富集两部分组成。红外光谱分析结果表明,A.oryzae TLWK-09菌丝吸附或螯合As(Ⅴ)的主要活性基团可能是羟基、酰氨基、羧基和磷酰基等。(3)As(Ⅴ)胁迫下抗砷真菌A.oryzae TLWK-09的转录组学研究。利用RNA-Seq测序技术对A.oryzae TLWK-09在As(Ⅴ)胁迫前后的转录组进行测序,共有4911个基因发生了显著性差异表达,其中有2103个基因的表达量相较于对照组表现为上调,2808个基因的表达量表现为下调。通过差异表达基因进行GO和Pathway富集分析发现,这些基因主要富集在7528个GO条目和295个KEGG Pathway中。其中谷胱甘肽代谢途径和细胞色素P450的异物代谢通路可能是A.oryzae TLWK-09胞内As(Ⅴ)解毒相关的重要通路。最后基于差异基因的功能注释,对与金属离子结合和转运、抗氧化、DNA修复、细胞壁、甲基化途径等相关基因在砷胁迫下差异表达进行分析,初步明确金属疏蛋白(Metallothionein,MT)、植物螯合肽(Phytochelatins,PCs)、ABC转运蛋白(ATP-binding cassette,ABC)中的YCF1、抗氧化物酶(SOD、POD、CAT)、亚砷酸甲基转移酶(Arsenite-S-adenosylmethyltransferase,ArsM)等基因在As(Ⅴ)胁迫下大量表达,预示其在菌株A.oryzae TLWK-09耐As(Ⅴ)过程中行使着重要的生物学功能。为我们将来进一步研究这些功能基因提供了参考。挑选8个与As(Ⅴ)转运、解毒相关的差异基因,用荧光定量PCR的方法对其表达进行了验证。RT-qPCR试验结果与测序结果基本一致,说明本次RNA-seq测序结果能够真实反映测序样本的基因表达情况。(4)诱变菌株Cladosporium sphaerospermum对Eu(Ⅲ)的吸附特征研究。本文还利用低温等离子体诱变获得了对Eu(Ⅲ)吸附效果较好的诱变菌株。该诱变菌株对Eu(Ⅲ)的最大吸附量达278.8 mg/g,约为野生型菌株3倍。诱变菌株C.sphaerospermum吸附Eu(Ⅲ)的性能,主要受pH、反应时间及其菌丝体的投加量的影响,在pH=6.5时吸附效果最好,吸附量最大;在24 h即达到平衡;诱变菌株C.sphaerospermum投加量在0.5 g/L时较为经济高效。诱变菌株C.sphaerospermum吸附Eu(Ⅲ)的反应符合准二级动力学模型,表明其吸附以化学吸附为主。FTIR和XPS分析结果表明,在诱变的C.sphaseospermum菌丝体表面存在大量的含氮和含氧官能团,它们能与更多的Eu(Ⅲ)发生络合反应,因而具有更强的去除溶液中Eu(Ⅲ)的能力。