核素富集生物质的微生物后处理关键技术研究

纤维素酶论文 紫外诱变论文 菌种筛选论文 CMCA-DNS方法论文 条件优化论文
论文详情
核能的开发和利用给人类带来了巨大的作用,铀矿的开采和冶炼所排放的含铀废水对土壤造成了严重污染。目前关于铀污染的修复方法选用最多的是植物修复,此方法具有绿色环保、成本较少、修复效果好的特点,但关于核素富集生物质的微生物后处理技术的研究十分少见。本论文针对这一问题从自然环境中筛选出一株优势菌株,对其进行紫外诱变来获取诱变菌株;通过对诱变菌进行培养条件的优化来确定最优诱变菌株;研究优势菌株对铀的耐受性的去除效果及包埋菌株对废水中铀的去除效应,使其能为核素富集生物质的后处理提供一定的理论和技术支持。主要研究结果如下:(1)通过从水稻田、树林里、牛粪里进行采样,经刚果红选择性培养基筛选出能够降解纤维素、产生纤维素酶的菌株,选取透明圈和菌落比值大且长势好的菌株并进行菌种鉴定,对此菌株进行紫外诱变,最后获得一株高产纤维素酶的菌株JJ-1。结果表明,筛选出产纤维素酶的菌株共8株,其中细菌JJ的透明圈直径最大,培养3天后可达15 mm,菌落直径为6 mm。经Biolog鉴定为枯草芽孢杆菌亚种(Bacillus subtilis subsp)。再将菌株JJ经过紫外线物理诱变,诱变后的菌株JJ-1菌落直径为11 mm,透明圈直径为28 mm,比未诱变前显著提高。CMCA酶活测定结果比诱变前提高近一倍,达0.1U/m L。传代4代后产酶遗传稳定性好,说明细菌JJ-1具有较好的产纤维素酶能力。(2)通过p H值,时间,温度,接种量等四个因素对菌株JJ-1进行优化培养,运用正交试验结果分析确定菌株JJ-1在p H为7.0、35℃(温度)时间为20 h的培养条件下按5%接种量通过BPG培养基培养得到的OD600值最高,为2.280,通过LB培养基培养得到的OD600值为0.191。此结果说明菌株JJ-1在优化条件下经BPG培养基培养的效果是LB培养基培养效果的10倍。(3)通过去除铀的微生物初筛,筛选出耐受性较强的枯草芽孢杆菌。经试验研究表明,相同浓度下铀对枯草芽孢杆菌的毒害作用小;48h时,枯草芽孢杆菌去除铀的效率达到90.7%。(4)采用枯草芽孢杆菌/海藻酸钠壳聚糖微胶囊对铀污染废水进行了生物吸附研究,并以游离枯草芽孢杆菌为对照,评价了其对水溶液中铀离子的吸附能力。结果表明,枯草芽孢杆菌/海藻酸钠壳聚糖微胶囊在20℃时吸附铀的最大值为300 mg/g,50℃时开始减小。初始p H为6时枯草杆菌/海藻酸钠-壳聚糖微胶囊和海藻酸钠-壳聚糖微胶囊对铀的去除率达到最大。在初始铀浓度为150 mg/L时吸附量达到了376.64 mg/g。综上,经试验研究筛选出的产纤维素酶较好的菌株JJ,在一定程度上能够给工农业的资源利用和后续关于微生物降解重金属富集生物质的研究提供帮助。
摘要第4-6页
abstract第6-7页
1 绪论第12-29页
    1.1 土壤核素铀污染现状第12-13页
    1.2 核素污染修复方法第13-14页
        1.2.1 物理与化学修复第13页
        1.2.2 生物修复第13-14页
    1.3 核素富集生物质处理的主要方法第14-17页
        1.3.1 焚烧法第14-15页
        1.3.2 高温分解法第15页
        1.3.3 堆肥法第15页
        1.3.4 压缩填埋法第15-16页
        1.3.5 灰化法第16页
        1.3.6 液相萃取法第16-17页
    1.4 生物质的微生物降解第17-19页
        1.4.1 植物的自然降解过程第18页
        1.4.2 微生物多样性参与植物的分解第18-19页
    1.5 纤维素的降解第19-22页
        1.5.1 纤维素的结构和特性第19页
        1.5.2 纤维素降解机理第19-20页
        1.5.3 纤维素酶的组成及作用机制第20页
        1.5.4 产纤维素酶的微生物第20-22页
    1.6 微生物育种常用的方法第22-25页
        1.6.1 物理诱变第23-24页
        1.6.2 化学诱变第24页
        1.6.3 生物诱变第24页
        1.6.4 复合诱变第24-25页
    1.7 铀的微生物去除作用第25-26页
    1.8 微生物固定化技术第26页
    1.9 本课题研究的目的意义及试验流程图第26-29页
        1.9.1 研究的目的意义第26-28页
        1.9.2 试验流程图第28-29页
2 纤维素降解菌的选育第29-41页
    2.1 材料与方法第30-35页
        2.1.1 研究材料第30-31页
        2.1.2 产纤维素酶菌株的初筛第31页
        2.1.3 菌株特性鉴定第31-33页
        2.1.4 菌株诱变第33-35页
    2.2 结果与分析第35-39页
        2.2.1 菌株形态观察与菌株JJ的生长曲线第35-37页
        2.2.2 菌株产羧甲基纤维素(CMCA)酶活分析第37页
        2.2.3 菌种鉴定结果第37页
        2.2.4 紫外线的菌株致死率第37-38页
        2.2.5 突变菌株的特性和遗传稳定性检验第38-39页
    2.3 讨论第39-40页
    2.4 小结第40-41页
3 优势菌株培养条件的优化第41-48页
    3.1 材料和方法第41-42页
        3.1.1 研究材料第41-42页
        3.1.2 pH对菌株生长的影响第42页
        3.1.3 接种量对菌株生长的影响第42页
        3.1.4 温度对菌株生长的影响第42页
        3.1.5 培养时间对菌株生长的影响第42页
        3.1.6 四因素三水平正交试验第42页
    3.2 结果与分析第42-47页
        3.2.1 最适pH的确定第42-43页
        3.2.2 最适接种量的确定第43-44页
        3.2.3 最适温度的确定第44-45页
        3.2.4 最佳时间的确定第45-46页
        3.2.5 四因素正交试验结果分析第46-47页
    3.3 讨论第47页
    3.4 小结第47-48页
4 优势菌对铀的耐受性及去除能力研究第48-55页
    4.1 材料和方法第48-50页
        4.1.1 研究材料第48页
        4.1.2 微生物培养基中铀的测定方法建立第48-49页
        4.1.3 去除铀的微生物固体平板初筛第49页
        4.1.4 枯草芽孢杆菌对铀的耐受能力研究第49页
        4.1.5 枯草芽孢杆菌对铀的去除能力研究第49-50页
    4.2 结果与分析第50-53页
        4.2.1 菌株对铀耐受性的生长观察第50页
        4.2.2 铀测定标准曲线的制作第50-51页
        4.2.3 菌株对铀的耐受和去除能力研究第51-53页
    4.3 讨论第53-54页
    4.4 小结第54-55页
5 包埋菌株对废水中铀的吸附效应第55-66页
    5.1 材料和方法第56-57页
        5.1.1 研究材料第56页
        5.1.2 枯草芽孢杆菌/海藻酸壳聚糖微胶囊的制备及培养第56页
        5.1.3 枯草芽孢杆菌/海藻酸钠壳聚糖微胶囊的形态观察第56页
        5.1.4 细胞生物量测定第56页
        5.1.5 铀离子浓度测定第56-57页
        5.1.6 扫描电镜分析第57页
        5.1.7 pH对铀吸附的影响第57页
        5.1.8 温度对铀吸附的影响第57页
        5.1.9 铀离子初始浓度对铀吸附的影响第57页
    5.2 结果与分析第57-64页
        5.2.1 枯草芽孢杆菌在微胶囊中的生长状态第57-58页
        5.2.2 壳聚糖分子量对微胶囊化枯草芽孢杆菌生长特性的影响第58-59页
        5.2.3 微胶囊粒径对微胶囊化枯草芽孢杆菌生长特性的影响第59-60页
        5.2.4 接种密度对微胶囊化枯草芽孢杆菌生长特性的影响第60-61页
        5.2.5 扫描电镜分析结果第61-62页
        5.2.6 不同pH对铀的吸附影响第62页
        5.2.7 不同温度对铀的吸附影响第62-63页
        5.2.8 不同初始铀离子浓度对铀的吸附影响第63-64页
    5.3 讨论第64-65页
    5.4 小结第65-66页
结论第66-68页
致谢第68-69页
参考文献第69-78页
攻读学位期间发表的学术论文及研究成果第78页
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