富集植物体减容过程中枯草芽孢杆菌对铀及伴生重金属的固定机理

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放射性污染环境生物修复过程中产生的大量富集生物体的处理是制约生物修复工程应用的瓶颈技术之一。针对这一问题,本文通过研究前期筛选出的枯草芽孢杆菌,分析其对纤维素、半纤维素的分解率及铀的富集率,并通过含铀、铅、铬单一重金属及复合污染的培养基验证枯草芽孢杆菌对各种重金属的耐受性、吸附程度、吸附机理及重金属之间对吸附效果的影响,为铀及伴生重金属超富集植物体的快速减容提供一定的参考。研究结果表明:(1)枯草芽孢杆菌能较好的分解液体浸泡发酵状态下的含铀秸秆。电镜观察认为,长期浸泡会导致秸秆表面结构疏松,有利于枯草芽孢杆菌的分解。研究表明,0 mg·kg-1组纤维素分解率为48.04%,半纤维素分解率为74.71%;铀浓度400 mg·kg-1纤维素分解率为69.01%,半纤维素分解率为52.47%。纤维素分解率随着铀浓度的升高而升高,半纤维素分解率随铀浓度的升高而降低。(2)枯草芽孢杆菌可耐受25 mg·kg-1100 mg·kg-1的铀,且72 h时25mg·kg-1、50 mg·kg-1、75 mg·kg-1、100 mg·kg-1吸附率分别可达到81.36%、80.21%、79.77%、79.56%,可见吸附率随铀浓度的提高而降低;枯草芽孢杆菌对铅的吸附率随铅浓度的升高而降低,同时铅会使枯草芽孢杆菌提前进入衰亡期,24 h时铅浓度25 mg·L-1100 mg·L-1吸附率依次为94.50%、85.52%、81.27%、77.76%,24 h后出现脱吸附现象;铬对枯草芽孢杆菌的影响较大,但枯草芽孢杆菌仍可以吸附大量的铬,36 h吸附达到平衡后25mg·L-1、50 mg·L-1、75 mg·L-1、100 mg·L-1吸附率分别为91.57%、90.07%、88.98%、85.08%,吸附率随铬浓度上升而下降;从吸附率与时间的关系判断,枯草芽孢杆菌对铀的吸附主要类型较多,而对铅和铬的吸附主要是物理吸附。(3)通过傅里叶变换红外光谱分析发现,枯草芽孢杆菌上可以与铀结合的物质主要有蛋白类物质、含磷化合物以及含羟基化合物,红外图上出现了铀的特征吸收峰;枯草芽孢杆菌与铅结合的物质主要是蛋白质及菌体上的一些醇类物质;枯草芽孢杆菌对铬的吸附主要依靠于蛋白质。电镜观察发现加入铀后菌体表面有鳞片状结构形成,对枯草芽孢杆菌细胞壁进行水解并分离其与铀结合的物质并初步鉴定后证实该物质为蛋白质。(4)铀、铅、铬的正交实验证明:铀浓度对菌体铀的富集率呈显著负相关(r=-0.6016*),铅浓度对铀的富集率呈极显著正相关(r=0.7320**),铬浓度对铀的富集率呈负相关(r=-0.3983)。铀浓度对铅的富集率呈负相关(r=-0.4476),铅浓度对铅的富集率呈负相关(r=-0.0.2947),铬浓度对铅的富集率呈极显著负相关(r=-0.7190**)。铀浓度对铬的富集率呈负相关(r=-0.0.1158),铅浓度对铬的富集率呈正相关(r=0.0.0789),铬浓度对铬的富集率呈极显著负相关(r=-0.8123**)。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
第1章 绪论第10-21页
    1.1 研究背景第10-19页
        1.1.1 我国土壤铀及伴生重金属污染状况第10页
        1.1.2 铀及伴生重金属污染的处理技术第10-11页
        1.1.3 现有超富集植物处置方法第11-14页
        1.1.4 微生物铀及伴生重金属处理技术第14-19页
    1.2 研究内容第19-21页
        1.2.1 研究目的第19页
        1.2.2 枯草芽孢杆菌对铀及伴生重金属富集植物体的减容第19页
        1.2.3 枯草芽孢杆菌在减容过程中对U、Pb、Cr的富集研究第19页
        1.2.4 芽孢杆菌在减容过程中对U、Pb、Cr的富集研究第19页
        1.2.5 课题来源第19页
        1.2.6 创新点第19-20页
        1.2.7 研究意义第20-21页
第2章 液体发酵条件下枯草芽孢杆菌对U富集植物体的减容第21-35页
    2.1 引言第21-22页
    2.2 材料与方法第22-24页
        2.2.1 菌株来源第22页
        2.2.2 试剂与仪器第22-23页
        2.2.3 实验方法第23-24页
    2.3 结果与分析第24-33页
        2.3.1 枯草芽孢杆菌减容过程中生长曲线第24-25页
        2.3.2 枯草芽孢杆菌对U富集植物纤维素的分解第25-26页
        2.3.3 枯草芽孢杆菌对U富集植物的半纤维素的分解第26-27页
        2.3.4 枯草芽孢杆菌减容过程中对U的吸附第27-28页
        2.3.5 枯草芽孢杆菌减容过程中纤维素酶活变化第28-29页
        2.3.6 SEM结果与分析第29-33页
    2.4 讨论第33-34页
    2.5 结论第34-35页
第3章 枯草芽孢杆菌在减容过程中对U、Pb、Cr的富集机理研究第35-55页
    3.1 引言第35-36页
    3.2 材料与方法第36-38页
        3.2.1 材料第36页
        3.2.2 方法第36-38页
    3.3 结果与分析第38-52页
        3.3.1 枯草芽孢杆菌在生活、死亡状态下对U的吸附第38-39页
        3.3.2 培养条件下微生物对U、Pb、Cr的抗性及富集实验第39-45页
        3.3.3 U、Pb、Cr对枯草芽孢杆菌红外特征的影响第45-47页
        3.3.4 菌体扫描电镜观察第47-49页
        3.3.5 菌体切片TEM观察第49-51页
        3.3.6 胞壁U结合物质分离与鉴定第51-52页
    3.4 讨论第52-53页
    3.5 结论第53-55页
第4章 U、Pb、Cr复合污染下枯草芽孢杆菌的富集研究第55-78页
    4.1 引言第55-56页
    4.2 材料与方法第56-58页
        4.2.1 实验菌种第56页
        4.2.2 试剂与仪器第56页
        4.2.3 实验方法第56-58页
    4.3 结果与分析第58-75页
        4.3.1 复合污染下24h枯草芽孢杆菌对U、Pb、Cr的富集效果分析第58-67页
        4.3.2 复合污染下216h枯草芽孢杆菌对U、Pb、Cr的富集特性分析第67-75页
    4.4 讨论第75-76页
    4.5 结论第76-78页
结论与展望第78-81页
致谢第81-82页
参考文献第82-92页
学位攻读期间发表的论文及科研成果第92页
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