菲降解細(xì)菌PHE-1和PHE-2對(duì)Cu、Cd耐性的差異的研究.pdf

1、實(shí)驗(yàn)菌株P(guān)HE-1和PHE-2是本實(shí)驗(yàn)室從江蘇省射陽縣某化工廠廢水處理池的活性污泥中分離篩選而來的細(xì)菌，具有高效降解多環(huán)芳烴菲的特性，分別屬于鞘脂菌屬和蒼白桿菌屬。之前的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這兩株菌對(duì)培養(yǎng)基中添加的Cu和Cd有較高的耐受性，顯示這兩株菌具有很好的應(yīng)用于有機(jī)物和重金屬?gòu)?fù)合污染綜合修復(fù)的潛力。本論文從菌株P(guān)HE-1和PHE-2對(duì)Cu和Cd的耐性的生理響應(yīng)差異角度出發(fā)，探討這兩株菌在Cu和Cd耐性上的生理機(jī)制，為進(jìn)一步改造修復(fù)材料，提高修

2、復(fù)效率提供理論基礎(chǔ)。
　　菌株P(guān)HE-1和PHE-2對(duì)Cu和Cd的耐性以這兩株菌在含有梯度濃度的Cu或Cd的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中的相對(duì)生物量來表征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Cu對(duì)PHE-1的LD50（半抑制濃度，相對(duì)生物量達(dá)到對(duì)照一半時(shí)對(duì)應(yīng)的Cu或Cd處理濃度）和MIC（最小抑制濃度，相對(duì)生物量降至對(duì)照5％時(shí)對(duì)應(yīng)的Cu或Cd處理濃度）分別為2.91和4.63 mM，Cd的LD50和MIC分別為0.24和0.48 mM;對(duì)PHE-2而言，Cu

3、的LD50和MIC分別為3.97和4.34 mM，Cd的LD50和MIC分別為0.81和1.52 mM，表明菌株P(guān)HE-2比PHE-1具有較高的Cd耐性，兩菌株對(duì)Cu耐性的差異較小。實(shí)驗(yàn)還測(cè)定了在2.94和4.11 mM的Cu及0.2和0.7mM的Cd處理下兩菌株的生長(zhǎng)曲線，結(jié)果顯示Cu或Cd處理在降低菌株生物量的同時(shí)使生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期滯緩。利用掃描電鏡(SEM)技術(shù)觀察兩株菌在Cu或Cd處理下的菌體形態(tài)變化。結(jié)果顯示，菌株P(guān)HE-1在2.9

4、4 mM的Cu處理下菌體基本的桿狀形態(tài)沒有改變，但在菌體表面出現(xiàn)了許多“小凸起”，推測(cè)原因?yàn)榧?xì)胞對(duì)Cu的吸收造成的Cu在菌體表面的積累。對(duì)于PHE-2，4.11 mM的Cu處理下桿狀菌體的中間部位都有大的凹陷，推測(cè)原因是細(xì)胞吸收了Cu之后造成體內(nèi)物質(zhì)的不均勻分布或可溶性物質(zhì)的絮凝或體內(nèi)滲透勢(shì)改變，在離心收集菌體時(shí)菌體細(xì)胞就發(fā)生彎折。透射電鏡(TEM)結(jié)果顯示，PHE-1在2.94 mM的Cu處理下許多維持細(xì)胞形態(tài)的菌體的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)已被破

5、壞，細(xì)胞邊緣變得不規(guī)則;0.2 mM的Cd處理下原本在體內(nèi)均勻分布的胞內(nèi)物質(zhì)出現(xiàn)了絮凝。對(duì)于PHE-2，0.7 mM的Cd處理則清晰觀察到細(xì)胞壁上吸收的Cd沉淀。
　　本實(shí)驗(yàn)從細(xì)胞對(duì)重金屬的吸收吸附角度探討兩菌株對(duì)Cu和Cd耐性的差異。結(jié)果顯示，在同等濃度的Cu或Cd處理下PHE-1對(duì)重金屬的吸收量大于PHE-2;在細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和菌體殘?jiān)骷?xì)胞組分的相對(duì)分布上，PHE-1吸收的Cu分布在細(xì)胞質(zhì)中的最多，而PHE-2吸收的

6、Cu主要在細(xì)胞壁。對(duì)于Cd，兩菌株的吸收都主要分布在細(xì)胞質(zhì)。利用活體菌株和失活菌體，比較了兩菌株對(duì)Cu和Cd的吸收吸附能力。結(jié)果顯示，兩菌株失活菌體的吸附量大于活體菌株的吸收總量。與PHE-2相比，無論是活體菌株還是失活菌體，菌株P(guān)HE-1均具有較高的Cu和Cd吸附吸收量。利用傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析儀(FTIR)分析PHE-1和PHE-2菌體吸附Cu和Cd的主要位點(diǎn)，結(jié)果顯示兩菌株菌體吸附Cu和Cd的官能團(tuán)主要來自多糖和蛋白質(zhì)，菌株P(guān)H

7、E-1比PHE-2具有更多的官能團(tuán)類型。在相同濃度的Cu或Cd處理下，菌株P(guān)HE-1比PHE-2產(chǎn)生更多的胞外聚合物(EPS)，這可能是過量的Cu或Cd對(duì)細(xì)胞造成傷害刺激生成的，也可能是菌株本身的特性決定的。
　　兩菌株的丙二醛(MDA)和脯氨酸含量在Cu或Cd處理下都會(huì)顯著增加，且在相同濃度的Cu或Cd處理下，PHE-1的量顯著高于PHE-2，說明重金屬處理使菌株P(guān)HE-1膜脂過氧化和滲透脅迫程度大于PHE-2。兩菌株可溶性蛋白

8、含量在Cu或Cd處理下均不斷降低，且PHE-1下降更多，說明菌株P(guān)HE-1中細(xì)胞代謝活動(dòng)的酶類受重金屬的抑制大于PHE-2。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩菌株都有產(chǎn)堿能力，且PHE-2在中性和偏堿性環(huán)境中的產(chǎn)堿量稍高于PHE-1。鐵載體量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，Cu處理刺激兩菌株產(chǎn)生更多的鐵載體，且0.59mM的Cu處理下PHE-2的鐵載體量顯著高于PHE-1，1.76和2.94mM的Cu處理下兩菌株的鐵載體量無顯著差異。小分子有機(jī)酸測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Cu和Cd