枣金属硫蛋白基因工程菌富集废水中重金属的研究

基因工程菌论文 生物富集论文 重金属论文
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在实验室的大量实验研究中,已经能够大规模的获得枣金属硫蛋白基因工程菌pGEX-ZjMT-B[1],但其对污水中重金属离子的富集研究还仅仅停留在初级阶段,使理论无法付诸于实践,因此深入研究该菌对污水中重金属离子的富集特性显得尤为重要。本研究从基础理论出发,将基因工程菌pGEX-ZjMT-B应用于含重金属废水的处理中,考察工程菌处理重金属废水的基本特性,并深入研究相关因素如PH值、共存金属离子、络合剂、温度等等对工程菌富集污水中重金属离子的影响,为工业处理含重金属废水提供理论依据和数据支持。论文共分为三部分:第一部分:考察基因工程菌pGEX-ZjMT-B对Pb2+、Mn2+、Cd2+、Cu2+、Ni2+、 Zn2+、Hg2+七种重金属离子毒性的耐受性情况;研究耐受性较强的Pb2+、Mn2+、 Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+六种重金属离子浓度对细菌生长情况的影响;选择浓度对细菌生长影响较小的Pb2+、Cd2+、Mn2+、Ni2+四种重金属离子进行富集速率和富集量的测定实验。第二部分:研究PH值、共存金属离子、温度等七个影响因素对基因工程菌pGEX-ZjMT-B富集模拟废水中重金属离子Pb2+、Cd2+的影响情况。第三部分:考察基因工程菌pGEX-ZjMT-B对所采集的四种实际废水水样中重金属的富集情况。第一部分的实验结论如下:1)基因工程菌pGEX-ZjMT-B在高浓度的Pb2+、Mn2+、Cd2+、Ni2+、 Zn2+中都生长良好,对这六种重金属离子的毒性作用表现出较好的耐受性,但其对Hg2+毒性的耐受性较差;2) Pb2+、Cd2+浓度的变化对工程菌pGEX-ZjMT-B的生长影响不大,Mn2+、 Ni2+的浓度变化对其生长影响次之,而Cu2+、Zn2+的浓度变化对其生长影响较大;3)菌体对Cd2+、Mn2+、Ni2+三种重金属离子的富集速度都很快,基本上在前10分钟就已经完成了90%以上的富集量,其对Pb2+的富集速度相对较慢,但富集效果较好,富集率可达到90%以上;4)菌体对Pb2+有较强的富集能力,对Cd2+的富集能力次之。所以选择Pb2+、 Cd2+两种重金属离子进行下面的实验。第二部分在模拟废水中的实验结论如下:1)PH值的变化,对工程菌pGEX-ZjMT-B富集Pb2+、Cd2+影响不是特别显著,但当PH值为6-7时,富集率相对较大;2)水体中常见的金属离子Na+、Ca2+、Mg2+能够在低浓度时促进工程菌对Pb2+、Cd2+的富集作用;3)共存金属离子对工程菌pGEX-ZjMT-B富集Pb2+的影响顺序为Zn2+>Ni2+>Cu2+>Mn2+,对富集Cd2+的影响顺序为Mn2+>Ni2+>Zn2+>Cu2+;4)络合剂EDTA和柠檬酸钠对工程菌pGEX-ZjMT-B富集Pb2+均有一定得促进作用,但会抑制对Cd2+的富集,且无论是对富集Pb2+的促进作用,还是对富集Cd2+的抑制作用,EDTA都要强于柠檬酸钠;5)营养物质葡萄糖和乳糖的加入均会对工程菌pGEX-ZjMT-B富集Pb2+和Cd2+产生抑制作用;6)菌体量的变化会影响工程菌对Pb2+的富集作用,且随着菌体量的增加,富集率增大,但对Cd2+的富集基本不会产生影响;7)温度的变化会对工程菌富集Pb2+和Cd2+产生一定得影响,在17℃时富集率最大。第三部分在实际废水中的实验结论如下:1)工程菌pGEX-ZjMT-B对四种实际水样中的Pb2+、Cd2+、Ni2+、Mn2+、Zn2+、 Hg2+、Cr3+都有一定的富集作用,并且,在重金属离子浓度较高的淋滤液废水和选矿废水中,菌体的富集率要强于重金属离子浓度相对较低的河西北污水和晋阳湖湖水;2)工程菌对四种实际水样中的Pb2+都有较好富集效果,特别是对重金属离子浓度较高的淋滤液中的Pb2+,富集率可达到100%,这可能与淋滤液中的其它组成成分有关,但具体原因尚不明确。
摘要第3-6页
ABSTRACT第6-8页
第一章 简介第14-36页
    1.1 课题背景第14-15页
    1.2 重金属废水的性质第15-22页
        1.2.1 重金属废水的来源第15页
        1.2.2 重金属的生物效应第15-16页
        1.2.3 重金属废水的污染特性第16页
        1.2.4 几种常见重金属的危害第16-20页
            1.2.4.1 铜(Cu)的危害第16-17页
            1.2.4.2 铅(Pb)的危害第17页
            1.2.4.3 镉(Cd)的危害第17页
            1.2.4.4 汞(Hg)的危害第17-18页
            1.2.4.5 镍(Ni)的危害第18-19页
            1.2.4.6 锰(Mn)的危害第19页
            1.2.4.7 锌(Zn)的危害第19页
            1.2.4.8 铬(Cr)的危害第19-20页
        1.2.5 重金属废水的污染现状第20-22页
    1.3 重金属废水处理的常规方法第22-24页
    1.4 生物处理方法第24-30页
        1.4.1 生物吸附机理第24-25页
        1.4.2 重金属生物吸附的影响因子第25-29页
            1.4.2.1 温度第26页
            1.4.2.2 pH值第26-27页
            1.4.2.3 吸附时间第27页
            1.4.2.4 吸附材料第27-28页
            1.4.2.5 初始的金属离子浓度第28页
            1.4.2.6 代谢底物第28页
            1.4.2.7 共存的重金属离子第28-29页
            1.4.2.8 金属络合剂第29页
        1.4.3 生物吸附的现状及研究进展第29-30页
    1.5 基因工程在环境学中的应用第30-33页
        1.5.1 基因工程的研究内容第30页
        1.5.2 植物金属硫蛋白第30-32页
            1.5.2.1 植物金属硫蛋白的定义第30-31页
            1.5.2.2 植物金属硫蛋白的功能第31-32页
        1.5.3 枣金属硫蛋白基因工程菌(pGEX-ZjMT-B)第32-33页
    1.6 本课题的研究意义及研究内容第33-36页
第二章 实验材料与方法第36-48页
    2.1 实验材料与仪器设备第36-41页
        2.1.1 实验材料第36-41页
            2.1.1.1 菌株第36页
            2.1.1.2 试剂第36-37页
            2.1.1.3 培养基第37-38页
            2.1.1.4 溶液的配制第38-40页
            2.1.1.5 实验仪器及用途第40-41页
            2.1.1.6 玻璃仪器的处理第41页
    2.2 实验方法第41-46页
        2.2.1 细菌的活化及细菌生长曲线的测定实验第41-42页
        2.2.2 细菌细胞干重的测量实验第42页
        2.2.3 不同重金属离子对细菌生长的影响第42页
        2.2.4 重金属离子的浓度对细菌生长的影响第42-43页
        2.2.5 细菌的富集试验第43-44页
            2.2.5.1 富集速率曲线的测定第43页
            2.2.5.2 平衡富集实验第43-44页
        2.2.6 不同因素对细菌富集试验的影响第44-46页
            2.2.6.1 PH值对富集Pb~(2+)、Cd~(2+)的影响第44页
            2.2.6.2 水中常见离子Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)对富集Pb~(2+)、Cd~(2+)的影响第44-45页
            2.2.6.3 重金属离子对富集Pb~(2+)、Cd~(2+)的影响第45页
            2.2.6.4 络合剂对富集Pb~(2+)、Cd~(2+)的影响第45页
            2.2.6.5 营养物质对富集Pb~(2+)、Cd~(2+)的影响第45-46页
            2.2.6.6 菌体量对富集Pb~(2+)、Cd~(2+)的影响第46页
            2.2.6.7 温度对富集Pb~(2+)、Cd~(2+)的影响第46页
    2.3 分析测量方法第46-48页
        2.3.1 比浊度法测量菌体浓度第46-47页
        2.3.2 金属离子浓度的测量第47-48页
第三章 工程菌PGEX-ZJMT-B对模拟废水中重金属的生物富集第48-76页
    3.1 细菌的生长曲线第48-49页
    3.2 细胞的干重测量第49页
    3.3 不同重金属离子对PGEX-ZJMT-B生长的影响第49-51页
    3.4 不同浓度的金属离子对PGEX-ZJMT-B生长的影响第51-76页
第四章 工程菌PGEX-ZJMT-B对实际废水中重金属的生物富集第76-84页
    4.1 实际水样的采集第76页
    4.2 试验方法第76-77页
        4.2.1 实际水样的预处理第76页
        4.2.2 实际水样中重金属的测量第76-77页
        4.2.3 工程菌富集实际水样中重金属第77页
    4.3 实验结果与分析第77-84页
        4.3.1 实际水样中的初始重金属含量第77-79页
        4.3.2 富集实验结果第79-82页
        4.3.3 实验结果分析第82-84页
第五章 结论及对今后工作的建议第84-86页
    5.1 论文的主要结论第84-85页
    5.2 对今后工作的建议第85-86页
参考文献第86-90页
致谢第90-91页
攻读硕士学位期间发表的学术论文第91页
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