白腐真菌對(duì)廢水中鎘和2,4-二氯酚的去除及其生理響應(yīng)機(jī)制.pdf

1、在廢水處理方面，微生物技術(shù)有著繁殖速度快、反應(yīng)條件溫和、處理效率高等優(yōu)勢(shì)，受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。在廢水污染日益嚴(yán)重、組分復(fù)雜的形勢(shì)下，探索既能降解廢水中有機(jī)污染物，又能吸附廢水中重金屬的微生物，對(duì)提高微生物的利用率、提高廢水處理效率具有重要的指導(dǎo)意義。廢水中的重金屬和有機(jī)污染物往往具有較高的生物毒性，它們能抑制微生物的生長(zhǎng)、繁殖和代謝活性，進(jìn)而影響處理效率。因此，只有明確微生物與污染物相互作用的內(nèi)在機(jī)制，才能有針對(duì)性地改善微生物菌的性

2、能，創(chuàng)造有利于微生物處理廢水的條件，從宏觀上調(diào)控對(duì)廢水的處理效率。
　　本文將對(duì)異生質(zhì)類污染物具有獨(dú)特降解能力、同時(shí)又能吸附重金屬的白腐真菌應(yīng)用于對(duì)重金屬鎘和2，4-二氯酚(2，4-DCP)復(fù)合污染廢水的處理，考察了白腐真菌對(duì)鎘和2，4-DCP處理效率隨處理?xiàng)l件的變化情況，并對(duì)其去除機(jī)理進(jìn)行了初探;系統(tǒng)地研究了白腐真菌質(zhì)子流、氧氣流、胞外酶、蛋白質(zhì)及細(xì)胞膜對(duì)鎘和2，4-DCP脅迫的響應(yīng)特征;探索了白腐真菌對(duì)鎘的去除特征;尋求了一種

3、改善白腐真菌生理狀態(tài)，提升其處理效率的方法。本文的具體研究工作及成果可以歸納為以下4個(gè)方面:
　　第一部分為白腐真菌處理鎘和2，4-DCP復(fù)合污染廢水及其機(jī)理的相關(guān)研究。首先培養(yǎng)出白腐真菌的模式菌種——黃孢原毛平革菌（Phanerochaetechrysosporium），并將其應(yīng)用于對(duì)鎘和2，4-DCP復(fù)合污染廢水的處理，考察了溶液pH、鎘初始濃度、2，4-DCP初始濃度及生物量對(duì)去除效果的影響，并監(jiān)測(cè)了體系pH、胞外蛋白及酶活

4、變化趨勢(shì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，(1)P.chrysosporium處理的最佳環(huán)境pH值在6.5左右;在此條件下，5 mg/L的鎘和20 mg/L的2，4-DCP的去除率分別達(dá)到63.6％和98.2％。(2)低濃度的2，4-DCP(＜20 mg/L)可被P.chrysosporium用作碳源和能源，有利于對(duì)鎘的去除;隨著鎘離子濃度的增加，2，4-DCP的降解率、胞外蛋白質(zhì)含量、酶活都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。(3)紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞壁上的氨基、羧基和羥

5、基等官能團(tuán)參與了對(duì)鎘的吸附。
　　第二部分探討了白腐真菌的質(zhì)子流、氧氣流和鎘離子流對(duì)鎘和2，4-DCP脅迫的響應(yīng)特征。采用非損傷微測(cè)技術(shù)測(cè)定了P.chrysosporium的瞬時(shí)和穩(wěn)態(tài)粒子流，結(jié)果發(fā)現(xiàn):(1)2，4-DCP增大了P.chrysosporium的質(zhì)子和氧氣內(nèi)流。(2)鎘使P.chrysosporium的質(zhì)子流由內(nèi)流立即轉(zhuǎn)變成外流，并使氧氣內(nèi)流迅速減小。(3)曝露于0.1 mM的鎘環(huán)境中，P.chrysosporium

6、對(duì)鎘離子呈現(xiàn)明顯的內(nèi)流(-66±2pmol cm-2 sec-1)，加入鈣離子通道抑制劑GdCl3后，鎘離子內(nèi)流降低了約30％，說明鈣離子通道參與了P.chrysosporium對(duì)鎘的吸收，此項(xiàng)結(jié)果還意味著P.chrysosporium在對(duì)鎘的去除中，胞內(nèi)吸收至少占總?cè)コ康?0％。
　　第三部分主要從白腐真菌質(zhì)膜行為、氧化應(yīng)激和抗氧化解毒機(jī)制方面探討其對(duì)鎘脅迫的響應(yīng)。(1)針對(duì)P.chrysosporium細(xì)胞膜響應(yīng)鎘脅迫的應(yīng)答

7、機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，鎘降低了質(zhì)膜H+-ATPase的活性和細(xì)胞膜流動(dòng)性;線粒體膜穿透性增大，導(dǎo)致線粒體膜電位下降，細(xì)胞色素c釋放，誘發(fā)細(xì)胞凋亡。(2)探索了鎘引起P.chrysosporium細(xì)胞氧化損傷的模式。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鎘誘發(fā)的氧化損傷存在濃度效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng);低濃度或短時(shí)間脅迫增加了胞內(nèi)ROS含量，進(jìn)而使質(zhì)膜氧化，細(xì)胞膜破損;高濃度或長(zhǎng)時(shí)間脅迫后，并未檢測(cè)到ROS和丙二醛(MDA)含量增加;細(xì)胞活性隨鎘濃度增加而降低;維生素C在一定程度上緩

8、和了鎘引起的氧化損傷。(3)監(jiān)測(cè)了鎘脅迫對(duì)細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超氧化物歧化酶(SOD)與MDA呈現(xiàn)很好的相關(guān)性;鎘對(duì)過氧化氫酶和過氧化物酶的刺激作用只在鎘濃度為1μM時(shí)發(fā)生;低濃度的鎘刺激還原型谷胱甘肽的產(chǎn)生以消除胞內(nèi)的H2O2，當(dāng)鎘濃度較高時(shí)，氧化型谷胱甘肽的含量顯著增加，導(dǎo)致GSH/GSSG比值降低。(4)對(duì)鎘脅迫后的菌體進(jìn)行掃描電鏡——能譜分析和X-射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，菌體表面形成了CdS結(jié)晶納米顆粒，將鎘直接固定在細(xì)胞

9、外，降低鎘的流動(dòng)性和生物有效性，這可能是P.chrysosporium對(duì)抗鎘毒性的另一種解毒機(jī)制。
　　第四部分著重尋求一種緩解污染物對(duì)白腐真菌產(chǎn)生氧化脅迫的方法，以期改善白腐真菌的生理狀態(tài)，提高廢水處理效率。采用了一種硫化氫供體——硫氫化鈉對(duì)P.chrysosporium進(jìn)行預(yù)處理，考察處理后的P.chrysosporium對(duì)2，4-DCP的降解情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn):硫氫化鈉預(yù)處理不僅提高了2，4-DCP的降解率，大大縮短了2，4-D

10、CP完全降解所需的時(shí)間;此過程中發(fā)揮促進(jìn)作用的是硫化氫;硫化氫使P.chrysosporium胞內(nèi)SOD酶的活性增大了3倍，緩解了2，4-DCP誘導(dǎo)產(chǎn)生的氧化壓力，維持細(xì)胞較高的活性，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)2，4-DCP降解的促進(jìn)作用。
　　本論文明確了白腐真菌應(yīng)用于處理重金屬——有機(jī)物復(fù)合污染廢水的可行性，在一定程度上揭示了白腐真菌與環(huán)境污染物相互作用的機(jī)制，及其在處理毒性環(huán)境污染物時(shí)效率低下的原因，并尋求了一種有效緩解污染物對(duì)白腐真菌產(chǎn)