典型菌株的硫价态双向调控行为对镉赋存状态影响研究

发布时间：2020-08-13 08:06

【摘要】：在利用微生物修复土壤重金属污染过程中,通过探究典型硫菌株在不同条件下对硫的氧化/还原过程以及对重金属的赋存状态影响,以期为治理土壤重金属污染提供新的认识和参考。本研究以农田土壤常见重金属离子Cd为代表,选取土壤常见硫还原细菌硫酸盐还原菌、硫氧化细菌脱氮硫杆菌为目标菌株,分别探究硫酸盐还原菌厌氧条件下对硫的还原及对Cd的赋存状态影响,脱氮硫杆菌好氧条件下对硫的氧化及Cd的赋存状态影响,并进一步开展两种菌株对硫的还原-氧化双向调控过程及对Cd的赋存影响研究。从无污染的土壤/污泥中分离得到单一菌株硫酸盐还原菌和脱氮硫杆菌,对两种菌株的生长特性分析:硫酸盐还原菌厌氧条件下的生长周期为7d,在Eh-150m V时可快速生长,p H升高并还原SO_4~(2-)产生大量的S~(2-);脱氮硫杆菌好氧条件下生长周期为10d,生长过程p H降低,氧化S_2O_3~(2-)产生大量的SO_4~(2-)。对两种典型硫菌株分别进行耐Cd生长特性分析,探究生长过程中S的氧化/还原过程以及对Cd的赋存影响。结果表明:硫酸盐还原菌对Cd~(2+)有一定的耐受性,且可以矿化Cd~(2+)形成产物Cd S晶体。不同的Cd浓度对S的形态转变有一定影响,Cd S总体占比较低;脱氮硫杆菌在氧化S_2O_3~(2-)为SO_4~(2-)的过程中液相Cd~(2+)浓度下降,S的形态转化过程中主要形成SO_4~(2-);两种菌株对Cd~(2+)的耐受性均在30mg/L左右,最终对Cd~(2+)的去除率可达90%、92%。通过对两种菌株以厌氧-好氧为主要过程的S双向调控体系特性分析,结果表明:脱氮硫杆菌可以利用不同浓度的S~(2-)实现自身的生长,生长过程中表现出以S~(2-)→S→SO_4~(2-)为主的S氧化过程;将硫酸盐还原菌的矿化产物Cd S放于脱氮硫杆菌培养体系进行研究,初始阶段无太大变化,在对数期Cd S有短暂快速氧化溶解过程,但后期由于高浓度的Cd~(2+)抑制了脱氮硫杆菌的生长,使脱氮硫杆菌对Cd S的氧化作用保持在一定水平。本研究初步探讨了不同S菌株对S的氧化/还原以及单向、双向调控对Cd的赋存状态影响,初步探究了Cd在不同S菌株作用下的赋存状态及动态变化过程,并分析其内在作用机制,这将有望为实际土壤重金属污染的快速原位治理提供一定的新基础参考。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53;X172
【图文】：

硫酸盐还原菌,氮源,浓度,氨盐

图 1-1 硫的循环[30]Fig.1-1 The recycle of Sulfur2 硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌（Sulfate reducing bacteria，简称 SRB）作为自然界最生物之一，广泛的存在于厌氧环境中。可以在 5~75℃，pH 为 5~9.生长，最适生长温度为 30~37℃，最适 pH 为 7.0~7.8。在一些高盐环境中也能检测到它们的存在。实验室分离到的嗜盐菌多数是轻度适宜盐度范围为 1%~4%），最适盐度为 10%左右，其生长要求 EhV。硫酸盐还原菌的不同菌属生长利用的碳源是不同的，最普遍的3、C4、脂肪酸如乳酸盐、丙酮酸、苹果酸，此外还可以利用一些挥酸。氨盐是大多数硫酸盐还原菌生长所需的氮源，有报道指出一些利用氨基酸中的氮作为氮源，少数菌种能通过异化还原硝酸盐和亚供氮。影响硫酸盐还原菌还原硫酸盐的因素包括：重金属的浓度、H磷酸盐浓度以及温度等。其中 H2S 的浓度达到 16 mmol/L 时菌体生

生长曲线,土壤分离,革兰氏染色

c)3#图 2-1 土壤分离菌的革兰氏染色结果Fig.2-1 The gram staining result of soil bacteria对土壤分离菌株进行革兰氏染色，得到的染色结果如图 3-1 所示。由图可以看出 1#、3#为革兰氏阴性菌，2#为革兰氏阳性菌。（2）土壤分离菌的生长曲线

土壤分离,SEM分析,典型特征

c)3#图 2-8 土壤分离菌 SEM 分析Fig.2-8 The SEM of soil separation bacteria的土壤分离菌进行 SEM 形貌分析，3 种。从图中可以看出 1#菌的典型特征为：边缘规则、干湿程度一般，大小为 4μm、透明、质地光滑、无隆起、边缘一般7μm；3#菌的典型特征是短杆状、不透明湿程度一般，大小为 1.1μm×0.55μm。

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