趋磁细菌Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1对镉的生物吸附初步研究

作     者：曹振宇 涂晨 刘颖 韩军超 邢倩雯 骆永明 

作者机构：土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 中国科学院大学 南京信息工程大学环境科学与工程学院 湖南师范大学地理科学学院 

出 版 物：《生态环境学报》 (Ecology and Environmental Sciences)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2022YFD1700104) 中国科学院南京土壤研究所“十四五”自主部署项目(ISSASIP2204) 中国建筑生态环保工程研究中心(土壤修复技术与装备) 中国建筑第八工程局有限公司项目(CSCEC-PT-009) 

主　　题：趋磁细菌 镉 生物吸附作用 离子交换 影响因子 

摘      要：趋磁细菌由于其独有的趋磁运动能力，展现出成为新型可回收生物吸附材料的潜力。但有关趋磁细菌对Cd（Ⅱ）的吸附去除应用研究仍非常有限，趋磁细菌对Cd（Ⅱ）的吸附特征与机理尚不明确。选用趋磁细菌模式菌株Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1，采用扫描电子显微镜（SEM）对MSR-1吸附Cd（Ⅱ）前后的形态进行了表征；通过批吸附实验研究了不同溶液pH值、Cd（Ⅱ）初始浓度、细菌生物量和温度等反应条件对MSR-1吸附Cd（Ⅱ）的影响；利用动力学模型、等温吸附模型模拟了吸附过程；采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、顺序洗脱法等方法初步探究了MSR-1对Cd（Ⅱ）吸附的机理。结果表明：吸附Cd后的MSR-1菌体表面形貌改变并出现破损。MSR-1对Cd（Ⅱ）的吸附效率主要受pH、初始Cd（Ⅱ）浓度和细菌生物量等因素影响。当pH为8.0、Cd（Ⅱ）初始浓度为1 mg·L-1、温度为30℃、吸附时间为1 h、细菌生物量（湿质量）为3.33 g·L-1时，MSR-1对Cd（Ⅱ）的吸附效率可达87.8%。Cd（Ⅱ）浓度在0.5-20 mg·L-1时，随着Cd（Ⅱ）浓度的升高，MSR-1对Cd（Ⅱ）的吸附量逐渐增大，最大吸附量达1.20mg·g-1。MSR-1对Cd（Ⅱ）的吸附过程遵循准二级动力学方程和Langmuir等温模型。羟基、酰胺I基团和羧基等基团参与了MSR-1吸附Cd（Ⅱ）的过程。MSR-1对Cd（Ⅱ）吸附机制可涉及物理吸附、离子交换、络合作用和胞内积累，其中离子交换作用为最主要的吸附机制，贡献占比为74.9%。综上，趋磁细菌MSR-1对Cd（Ⅱ）有较好的吸附去除能力，为未来作为有潜力的可回收生物吸附材料，用于Cd污染水体和土壤的生物修复提供数据支持和理论依据。