盐诱导超累积植物内生菌Bacillus sp. L14对季铵盐类污染物的抗性及其生物修复研究

发布时间：2020-09-30 00:23

　　由于季铵盐(quaternary ammonium compounds,QACs)大量应用于消毒剂、洗涤剂等产品,而这些生活必需品在给人类带来便利的同时又对环境产生一定的威胁,这种污染物也正在威胁着人类的健康。大量的事实已经证明它可以使人类致癌、致畸以及致突变等,如果这种危害持续下去,那么人类的自然生态环境和身心健康将会受到严重威胁。近些年以来,电处理、超声波处理、有机溶剂和抗生素处理等方法均能实现对季铵盐的处理。但这些方法治理费用高、效率比较低下、需要大量的人力,重要的是处理过程相当复杂。因此,急需寻找一种高效、环保且低成本的修复技术,而生物修复技术近几年受到许多研究者的欢迎。因此考虑用生物修复技术来处理季铵盐类污染物。然而,季铵盐类污染物是一类具有微生物消毒作用的化合物,因此利用微生物修复技术处理季铵盐类污染物是本文的关键,而微生物修复技术的核心在于从生态系统中筛选对季铵盐有抗性的菌株。1.我们从镉超富集植物龙葵(Solanum nigrum L.)中分离到一株多金属抗性内生细菌L14(EB L14)对季铵化合物进行生物降解。从16S rDNA分析来看,该内生菌属于芽孢杆菌属。该内生菌经过不同类型的盐(NaCl、KCl、MgCl_2、CaCl_2)浓度诱导,随着无机盐浓度的升高,菌株EB L14的生长受到了抑制,而且抑制效果很明显,这可能和微生物细胞在高浓度无机盐的存在下失水有关,影响了微生物的正常生长代谢;另外还可以分析出菌株EB L14对不同类型的无机盐耐受能力是不一样的,对Na~+、K~+耐受力最强,可以达到80g/L,其次是Mg~(2+),达到了40g/L;最后是Ca~(2+),达到了20g/L。2.菌株EB L14经过不同类型的盐浓度诱导之后,发现随着盐浓度的增加,其苯基烷基二甲基铵盐(benzylalkyldimethylammonium compounds,BACs)的抗性也在增加。胞内含水率的实验已经表明,细胞在高盐浓度下会发生失水现象,致使细胞收缩,膜孔变小,BACs(C_(12)-alkylbenzyldimethylammonium chloride,C_(12)BDMA-Cl;C_(14)-alkylbenzyldimethylammonium chloride,C_(14)BDMA-Cl)不容易通过膜孔进入细胞内部,从而减轻了对细胞的破坏,变相增强了内生细菌对BACs的抗性。3.本文还研究了QACs高耐性超累积植物内生菌对BACs的去除效果,结果表明:C_(12)BDMA-Cl初始浓度为5mg/L,六种不同盐浓度诱导的抗性菌株在48h内对BACs均表现出很好的降解效果,随着盐诱导浓度的升高降解率也逐渐升高。C_(12)BDMA-Cl初始浓度为10mg/L,前三种盐浓度诱导下的抗性菌株由于其对BACs的抗性较小,大部分在生长的初期阶段就已经死亡,所以其对BACs的降解率低于20%;而后面三种菌株在48h内对C_(12)BDMA-Cl降解率都在80%以上,这是因为它们本身的抗性就比较高。C_(12)BDMA-Cl初始浓度为15mg/L,这六种不同盐浓度诱导的抗性菌株只有后两种抗性菌株适应了C_(12)BDMA-Cl这样的高浓度环境,而前四种菌株由于抗性比较弱,大部分在生长的初期阶段就已经衰亡,所以它们对C_(12)BDMA-Cl的降解率低于15%;而后面两种菌株在48h内对C_(12)BDMA-Cl有了很好的降解效果,降解率都在80%以上,这是因为它们本身的抗性就比较高,而且其降解率是逐渐升高的。4.研究了EB L14降解C_(14)BDMA-Cl的中间产物及其降解途径,HPLC检测到的生物降解的中间产物主要为苄基二甲胺(BDMA)、苄基甲胺(BMA)等。作为初始代谢物的BDMA的形成表明Calkyl-N键的裂解是n-四烷基苄基二甲基氯化铵降解的第一步;BMA的形成可能是由于去甲基化反应进一步降解BDMA。本实验选取的超累积植物内生菌对季铵盐类污染物具有较好的抗性,并且达到了很好的去除效果,这为微生物修复技术在应用于季铵盐类污染物处理方面提供了广阔前景。
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703;X17
【部分图文】：

微生物降解,途径

图 1 QACs 的微生物降解途径1.4 超累积植物超累积植物是一种可以大量吸附某种重金属的植物，这种植物对重金属有一种特殊的亲和力，它的吸附量是一般植物的 100 倍左右，经过大量的研究证明：超累积植物吸附的能力特别强，对 Cr、Cu、Pb 的吸附能力一般在其重量的 0.1%以上[50]。我们认定其是否属于超积累植物，这里有两个必不可少的参考标准：1.植物地上部分重金属应达到一定含量。我们做过大量的实验认为：Zn 和 Mn 为 10000 mg/kg 左右， Pb， Cu， As为 1000 mg/kg 左右， Cd 为 100 mg/kg 左右[51]；2.超累积植物地上部分重金属含量我们一般认为大于根部的含量。我们认定一定要同时符合这两个必须的标准，那么我们认为这种植物才是有效的超累积植物（吸附重金属）。

生长曲线,植物内生菌,生长曲线,内生菌

图 2.1 植物内生菌 EB L14 的生长曲线从图 2.1 中可以分析出超累积植物内生菌 EB L14 在接种进入 LB 液体培养基后的 10h 以内，内生菌得到丰富的营养，细胞代谢活力最强，新细胞物质合成的速率最快，生长迅速，大量繁殖，可以看出没有经过延迟期或者说延迟期很短，直接进入对数生长期，OD600 值增加到了 1.286；随着 LB 液体培养基中的各种物质被大量消耗，代谢产物长时间的大量积累，pH、电位等都有了不同程度的变化，溶解氧迅速被消耗且供应不足，这些各种不同的因素对植物内生菌菌体本身产生了致命的危害；后面的14h可以说是稳定期，最大OD600值出现在24h，达到1.565，在这个阶段内生菌总量达到了最大值，部分内生菌已经开始死亡。

生长曲线,植物内生菌,生长曲线,内生菌

植物内生菌EBL14在不同Na+浓度下的生长曲线

【相似文献】