类希瓦氏菌WH16-1对铬酸盐和亚硒酸盐的抗性和还原机制
发布时间：2021-03-12 04:45
铬（Cr）是一种过渡金属,在现代工业中有非常重要的作用,长期的开采和工业的广泛运用造成了环境中的铬污染问题。在自然环境下铬主要以六价[Cr（VI）,铬酸盐,重铬酸盐]和三价[Cr（III）]两种形式存在。Cr（VI）有很强的致畸、致癌性,而且溶解性强,容易随水体迁移,而Cr（III）的毒性较低,而且Cr（III）的溶解性低,容易被络合固定。硒是人体必需的微量元素之一,但是过量的硒也会影响人体健康。在自然界中有六价Se（VI）、四价[Se（IV）,亚硒酸盐]、零价Se（0）、负二价Se（-II）。其中,Se（IV）的毒性最大,而且溶解性很强;Se（0）则基本无毒,且溶解性低。因此,将Cr（VI）和Se（IV）还原为Cr（III）和Se（0）有很重要的解毒和环境意义。微生物在铬、硒的还原,甚至铬、硒的整个地球化学循环中都起到很重要的作用。将微生物用于铬、硒的污染修复有着价格低廉、可降低二次污染等优点。但是,目前微生物对铬、硒的抗性和还原机制还有待进一步的研究。类希瓦氏菌Alishewanella sp.WH16-1是一株分离自铜铁矿的兼性厌氧细菌。该菌株为革兰氏阴性菌、短杆状、能运动,基因...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1.引言
1.1 重金属铬的应用和污染
1.1.1 重金属铬的应用
1.1.2 铬与人体健康
1.1.3 重金属铬的污染现状
1.2 铬的污染治理方法
1.2.1 土壤铬污染修复方法
1.2.2 水体铬污染修复方法
1.3 微生物对Cr（VI）的抗性和转化机制
1.3.1 Cr（VI）的摄取
1.3.2 Cr（VI）的外排
1.3.3 降低氧化压力
1.3.4 DNA修复
1.3.5 铬的转化
1.3.6 细胞色素bd氧化酶Cytbd的功能及调控机制
1.4 微生物的Se（IV）还原和生物纳米硒
1.4.1 硒概述
1.4.2 微生物对Se（IV）的还原
1.4.3 生物纳米硒[Se（0）]的应用
1.5 本研究的目的意义及技术路线
2.材料与方法
2.1 实验菌株及材料
2.2 基因型特征鉴定
2.2.1 WH16-1 菌总DNA的提取
2.2.2 16S rRNA基因的克隆
2.2.3 系统发育分析
2.3 形态学和生理生化特征
2.3.1 形态学特征
2.3.2 生长特性
2.3.3 生理生化特性
2.4 重金属抗性和去除特性研究
2.4.1 多种重（类）金属抗性和去除表型
2.4.2 Cr（VI）和Se（IV）还原产物的检测
2.5 基因组测序和分析
2.5.1 基因组测序和组装
2.5.2 基因组注释
2.5.3 基因组分析
2.6 细胞色素bd氧化酶Cytbd对 Cr（VI）抗性及其调控机制分析
2.6.1 突变子库的构建
2.6.2 cytbd操纵子及其共转录分析
2.6.3 cytbd突变株和互补株的验证
2.6.4 β-半乳糖苷酶实验
2.6.5 铬酸盐、硫酸盐、硫离子的抗性和铬酸盐还原的表型检测
2.6.6 氧化压力的测定
2.6.7 硫酸对铬酸盐抗性和还原的影响测定
2.6.8 细菌单杂交
2.6.9 CydE的克隆表达和纯化
2.6.10 凝胶迁移电泳实验（EMSA）
2.6.11 DNA足迹
2.7 Cr（VI）和Se（IV）还原酶CsrF体内外还原活力检测和功能位点分析
2.7.1 CsrF序列分析
2.7.2 CsrF敲除、互补和异源表达菌株的构建和表型检测
2.7.3 CsrF超表达菌株的构建和诱导表达纯化
2.7.4 CsrF的分子量和光谱检测
2.7.5 CsrF体外酶活检测
2.7.6 CsrF辅因子结合位点的预测和突变
2.8 生物纳米硒对染料吸附分析
2.8.1 细菌发酵产硒纳米颗粒及其提取
2.8.2 硒纳米颗粒的表征
2.8.3 硒纳米颗粒吸附染料实验
2.8.4 解吸附实验
3.实验结果与分析
3.1 菌株WH16-1 的系统进化分析及生理生化特性
3.1.1 菌株WH16-1 的基因型
3.1.2 菌株WH16-1 的形态和生理生化特征
3.2 菌株WH16-1 的重金属抗性及其转化能力检测
3.2.1 菌株WH16-1 对重金属的抗性和Cr（VI）/Se（IV）的还原表型
3.2.2 菌株WH16-1的Cr（VI）和Se（IV）还原产物分别为CrNPS和SeNPs
3.3 菌株WH16-1 的基因组分析
3.3.1 基因组测序结果分析
3.3.2 基因组注释结果分析
3.3.3 潜在的重金属解毒相关基因分析
3.3.4 比较基因组分析
3.4 细胞色素bd氧化酶Cytbd在 Cr（VI）解毒中的作用及其调控机制
3.4.1 cytbd基因簇分析
3.4.2 cytbd基因敲除和互补株的表型
3.4.3 Cytbd对胞内氧化压力的影响
3.4.4 硫酸盐对Cr（VI）抗性和还原的影响
3.4.5 硫酸盐对Cytbd的调控机制分析
3.5 Cr（VI）和Se（IV）还原酶CsrF的功能鉴定
3.5.1 CsrF氨基酸序列分析
3.5.2 csrF基因在体内的还原能力鉴定
3.5.3 CsrF的表达、纯化及其分子量和光谱分析
3.5.4 CsrF体外Se（IV）和Cr（VI）还原酶活分析
3.5.5 CsrF功能位点分析
3.6 CsrF超表达菌株生成的SeNPs对几种染料的吸附和解吸
3.6.1 菌株E.coli S17-1-pCT-Zori-csrF生产的SeNPs的特征分析
3.6.2 pH对 Zeta电位和SeNPs吸附效果的影响
3.6.3 SeNPs对染料吸附的光谱分析
3.6.4 SeNPs对染料吸附的动力学分析
3.6.5 SeNPs对染料的等温吸附线
3.6.6 吸附热力学分析
3.6.7 SeNPs对染料的解吸附和重复利用
3.6.8 SeNPs与其他生物质材料对染料吸附能力的比较
4.讨论
4.1 Alishewanella sp.WH16-1 的多种重金属抗性
4.2 Alishewanella sp.WH16-1的Cr（VI）抗性机制
4.2.1 新型Cr（VI）抗性基因cytbd
4.2.2 Cr（VI）还原酶CsrF
4.2.3 WH16-1 的其它Cr（VI）抗性机制
4.3 Se（IV）抗性和新型Se（IV）还原酶CsrF
4.4 生物纳米硒[Se（0）]的特点和应用
5.总结
5.1 结论
5.2 创新性
5.3 展望
参考文献
附录
已发表的论文
作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]铬污染毒性土壤清洁修复研究进展与综合评价[J]. 刘仕业,岳昌盛,彭犇,邱桂博,郭敏,张梅. 工程科学学报. 2018(11)
[2]铬在环境中的迁移行为及毒害研究进展[J]. 刘晓娟,程滨,赵瑞芬,滑小赞. 山西农业科学. 2018(06)
[3]中国铅铬颜料替代技术最新进展[J]. 王文强,吕晋茹,贺修明,李长珍. 涂层与防护. 2018(02)
[4]含铬制革废弃物处理的研究现状和研究思路[J]. 蒋旭光,方纯琪,金余其,吕国钧,袁伟中,陈锡炯,罗伟忠. 化工进展. 2018(02)
[5]铬系乙烯选择性齐聚催化剂的研究进展[J]. 封智超,毛国梁,吴韦,刘振华. 石油学报(石油加工). 2018(01)
[6]铬污染土壤修复技术研究[J]. 陈刚,吴士斌,王亚锋. 河南科技. 2017(23)
[7]光催化还原去除重金属铬Cr（Ⅵ）和铀U（Ⅵ）的研究进展[J]. 姜淑娟,宋少青,卢长海,乐长高. 东华理工大学学报(自然科学版). 2017(01)
[8]微生物对硒的还原及其产物的应用研究进展——纪念硒发现200周年[J]. 王丹,夏险,王革娇,郑世学. 微生物学通报. 2017(07)
[9]微生物铬转化和抗性机制与生物修复研究进展[J]. 夏险,李明顺,武士娟,王革娇. 微生物学通报. 2017(07)
[10]自然水体中铬污染修复技术研究进展[J]. 姚晶晶,王明锐,张惠贤,彭立军,周有祥,易甜. 现代农业科技. 2016(23)
本文编号：3077704
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1.引言
1.1 重金属铬的应用和污染
1.1.1 重金属铬的应用
1.1.2 铬与人体健康
1.1.3 重金属铬的污染现状
1.2 铬的污染治理方法
1.2.1 土壤铬污染修复方法
1.2.2 水体铬污染修复方法
1.3 微生物对Cr（VI）的抗性和转化机制
1.3.1 Cr（VI）的摄取
1.3.2 Cr（VI）的外排
1.3.3 降低氧化压力
1.3.4 DNA修复
1.3.5 铬的转化
1.3.6 细胞色素bd氧化酶Cytbd的功能及调控机制
1.4 微生物的Se（IV）还原和生物纳米硒
1.4.1 硒概述
1.4.2 微生物对Se（IV）的还原
1.4.3 生物纳米硒[Se（0）]的应用
1.5 本研究的目的意义及技术路线
2.材料与方法
2.1 实验菌株及材料
2.2 基因型特征鉴定
2.2.1 WH16-1 菌总DNA的提取
2.2.2 16S rRNA基因的克隆
2.2.3 系统发育分析
2.3 形态学和生理生化特征
2.3.1 形态学特征
2.3.2 生长特性
2.3.3 生理生化特性
2.4 重金属抗性和去除特性研究
2.4.1 多种重（类）金属抗性和去除表型
2.4.2 Cr（VI）和Se（IV）还原产物的检测
2.5 基因组测序和分析
2.5.1 基因组测序和组装
2.5.2 基因组注释
2.5.3 基因组分析
2.6 细胞色素bd氧化酶Cytbd对 Cr（VI）抗性及其调控机制分析
2.6.1 突变子库的构建
2.6.2 cytbd操纵子及其共转录分析
2.6.3 cytbd突变株和互补株的验证
2.6.4 β-半乳糖苷酶实验
2.6.5 铬酸盐、硫酸盐、硫离子的抗性和铬酸盐还原的表型检测
2.6.6 氧化压力的测定
2.6.7 硫酸对铬酸盐抗性和还原的影响测定
2.6.8 细菌单杂交
2.6.9 CydE的克隆表达和纯化
2.6.10 凝胶迁移电泳实验（EMSA）
2.6.11 DNA足迹
2.7 Cr（VI）和Se（IV）还原酶CsrF体内外还原活力检测和功能位点分析
2.7.1 CsrF序列分析
2.7.2 CsrF敲除、互补和异源表达菌株的构建和表型检测
2.7.3 CsrF超表达菌株的构建和诱导表达纯化
2.7.4 CsrF的分子量和光谱检测
2.7.5 CsrF体外酶活检测
2.7.6 CsrF辅因子结合位点的预测和突变
2.8 生物纳米硒对染料吸附分析
2.8.1 细菌发酵产硒纳米颗粒及其提取
2.8.2 硒纳米颗粒的表征
2.8.3 硒纳米颗粒吸附染料实验
2.8.4 解吸附实验
3.实验结果与分析
3.1 菌株WH16-1 的系统进化分析及生理生化特性
3.1.1 菌株WH16-1 的基因型
3.1.2 菌株WH16-1 的形态和生理生化特征
3.2 菌株WH16-1 的重金属抗性及其转化能力检测
3.2.1 菌株WH16-1 对重金属的抗性和Cr（VI）/Se（IV）的还原表型
3.2.2 菌株WH16-1的Cr（VI）和Se（IV）还原产物分别为CrNPS和SeNPs
3.3 菌株WH16-1 的基因组分析
3.3.1 基因组测序结果分析
3.3.2 基因组注释结果分析
3.3.3 潜在的重金属解毒相关基因分析
3.3.4 比较基因组分析
3.4 细胞色素bd氧化酶Cytbd在 Cr（VI）解毒中的作用及其调控机制
3.4.1 cytbd基因簇分析
3.4.2 cytbd基因敲除和互补株的表型
3.4.3 Cytbd对胞内氧化压力的影响
3.4.4 硫酸盐对Cr（VI）抗性和还原的影响
3.4.5 硫酸盐对Cytbd的调控机制分析
3.5 Cr（VI）和Se（IV）还原酶CsrF的功能鉴定
3.5.1 CsrF氨基酸序列分析
3.5.2 csrF基因在体内的还原能力鉴定
3.5.3 CsrF的表达、纯化及其分子量和光谱分析
3.5.4 CsrF体外Se（IV）和Cr（VI）还原酶活分析
3.5.5 CsrF功能位点分析
3.6 CsrF超表达菌株生成的SeNPs对几种染料的吸附和解吸
3.6.1 菌株E.coli S17-1-pCT-Zori-csrF生产的SeNPs的特征分析
3.6.2 pH对 Zeta电位和SeNPs吸附效果的影响
3.6.3 SeNPs对染料吸附的光谱分析
3.6.4 SeNPs对染料吸附的动力学分析
3.6.5 SeNPs对染料的等温吸附线
3.6.6 吸附热力学分析
3.6.7 SeNPs对染料的解吸附和重复利用
3.6.8 SeNPs与其他生物质材料对染料吸附能力的比较
4.讨论
4.1 Alishewanella sp.WH16-1 的多种重金属抗性
4.2 Alishewanella sp.WH16-1的Cr（VI）抗性机制
4.2.1 新型Cr（VI）抗性基因cytbd
4.2.2 Cr（VI）还原酶CsrF
4.2.3 WH16-1 的其它Cr（VI）抗性机制
4.3 Se（IV）抗性和新型Se（IV）还原酶CsrF
4.4 生物纳米硒[Se（0）]的特点和应用
5.总结
5.1 结论
5.2 创新性
5.3 展望
参考文献
附录
已发表的论文
作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]铬污染毒性土壤清洁修复研究进展与综合评价[J]. 刘仕业,岳昌盛,彭犇,邱桂博,郭敏,张梅. 工程科学学报. 2018(11)
[2]铬在环境中的迁移行为及毒害研究进展[J]. 刘晓娟,程滨,赵瑞芬,滑小赞. 山西农业科学. 2018(06)
[3]中国铅铬颜料替代技术最新进展[J]. 王文强,吕晋茹,贺修明,李长珍. 涂层与防护. 2018(02)
[4]含铬制革废弃物处理的研究现状和研究思路[J]. 蒋旭光,方纯琪,金余其,吕国钧,袁伟中,陈锡炯,罗伟忠. 化工进展. 2018(02)
[5]铬系乙烯选择性齐聚催化剂的研究进展[J]. 封智超,毛国梁,吴韦,刘振华. 石油学报(石油加工). 2018(01)
[6]铬污染土壤修复技术研究[J]. 陈刚,吴士斌,王亚锋. 河南科技. 2017(23)
[7]光催化还原去除重金属铬Cr（Ⅵ）和铀U（Ⅵ）的研究进展[J]. 姜淑娟,宋少青,卢长海,乐长高. 东华理工大学学报(自然科学版). 2017(01)
[8]微生物对硒的还原及其产物的应用研究进展——纪念硒发现200周年[J]. 王丹,夏险,王革娇,郑世学. 微生物学通报. 2017(07)
[9]微生物铬转化和抗性机制与生物修复研究进展[J]. 夏险,李明顺,武士娟,王革娇. 微生物学通报. 2017(07)
[10]自然水体中铬污染修复技术研究进展[J]. 姚晶晶,王明锐,张惠贤,彭立军,周有祥,易甜. 现代农业科技. 2016(23)
本文编号：3077704
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