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胶红酵母锑抗性特征及其吸附去除水中Sb（Ⅲ）的机理研究

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胶红酵母锑抗性特征及其吸附去除水中Sb（Ⅲ）的机理研究

作者：金昌盛湖南科技大学

学位级别：硕士

微生物吸附法因具有安全、经济、环境友好等优点,是水体重金属锑污染治理的主要技术,国内外专家关注度较高。本文围绕抗锑菌株的选育、抗性特征及吸附去除机理研究展开,为利用微生物吸附法处理含锑重金属废水的工业应用提供优良的菌株... 详细信息

微生物吸附法因具有安全、经济、环境友好等优点,是水体重金属锑污染治理的主要技术,国内外专家关注度较高。本文围绕抗锑菌株的选育、抗性特征及吸附去除机理研究展开,为利用微生物吸附法处理含锑重金属废水的工业应用提供优良的菌株资源和技术支持。进行的主要工作和取得的主要成果如下:1、进行了重金属锑抗性菌株的筛选与抗性水平测试。对湖南锡矿山锑矿冶炼区、公路沿线区、采矿区及尾矿区中不同土壤进行采集,作为微生物菌株来源。运用抗性分离的方法筛选得到1株高抗锑的菌株,命名为J5。经形态观察、扫描电镜等特征生理生化试验及18S rRNA序列同源性分析和NCBI数据库比对,鉴定菌株为胶红酵母(Rhodotorula mucilaginosa),红酵母属(Genus Rhodotorula)。GenBank登录号为MH611511。在50mg/L Sb(Ⅲ)液体培养基中,菌株J5的生长速率与和对照组基本一致,Sb(Ⅲ)的最小抑菌浓度是1200mg/L,说明在治理水体锑污染方面,该菌株具有应用的潜力。2、研究了生长菌株*** J5对Sb(Ⅲ)的抗性机理。运用吖啶橙的质粒消除试验证明,菌株在处理前后对锑的抗性不稳定,且质粒提取与检测试验也未发现质粒条带。所以,认为菌株的抗性基因位于染色体上。然后以对数增长期的胶红酵母菌液(对照)及在Sb(Ⅲ)浓度为300mg/L胁迫下的胶红酵母菌液为材料,利用Illumina 2500平台进行转录组测序,分析了相关基因的表达差异。结果表明重金属Sb(Ⅲ)胁迫前后胶红酵母中共有1311条基因显著差异表达,其中,Sb(Ⅲ)胁迫通过刺激半胱氨酸(Cys)、铁硫簇调控蛋白基因表达上调,进而促进谷胱甘肽(GSH)和Fe-S簇的合成,Fe-S簇将一部分Sb(Ⅲ)氧化成细胞毒性较小Sb(Ⅴ),GSH与锑结合后将其排出体外,这可能是诱导Sb抗性增强的重要作用。Sb(Ⅲ)胁迫下阳离子反向转运蛋白(CAXs)表达上调,促进胶红酵母体内的部分锑转运到液泡中,进而提高了胶红酵母对锑的解毒能力。此外,重金属导致氧化应激,脂质的过氧化作用增加,过氧化物酶(POD)基因通过下调来抑制膜脂过氧化,保护细胞免遭伤害。热激蛋白(HSPs)通过表达上调也在保护生物免受重金属毒害方面发挥着重要作用。可见,生长菌株*** J5通过细胞排锑、解毒作用、代谢调控等途径对锑离子发挥抗性。3、探究了强化*** J5吸附Sb(Ⅲ)的优化培育构建。采用单因素实验、Plackett–Burman实验、最陡爬坡实验和Central Composite Design(CCD)响应面优化实验设计对*** J5吸附去除Sb(Ⅲ)的培养参数进行优化,建立了吸附率与碳源种类等13个影响因素之间的二次多项式回归模型,从而确定最优吸附条件。研究表明pH、Fe质量浓度和温度为显著因素。胶红酵母对Sb(Ⅲ)吸附的最优条件为:葡萄糖浓度2%(m/V)、CaCl 0.5%(m/V)、牛肉膏0.75%(m/V)、蛋白胨0.75%(m/V)、Fe浓度1.51g/L、接种量4%(V/V)、pH3.50、培养温度29℃、摇床转速150r/min、Sb(Ⅲ)初始浓度102mg/L。最优条件下,实测Sb(Ⅲ)吸附率可达56.83%。4、探讨了生长菌株*** J5对Sb(Ⅲ)的吸附机理。利用现代测试技术对生长菌株*** J5吸附Sb(Ⅲ)前后的表面形貌、官能团等进行表征:SEM-EDS和FTIR分析表明,胶红酵母表面疏松多孔,有利于其通过物理吸附方式吸附Sb(Ⅲ),同时,胶红酵母细胞壁的羧基、氨基、磷酸基、多糖的C-O等活性基团可以与Sb(Ⅲ)发生配位络合作用,Na、Ca等与Sb(Ⅲ)发生离子交换作用,从而发生化学吸附。XRD分析表明,生长菌株*** J5吸附Sb(Ⅲ)后形成新的化合物:CaFe(SbO)、CaSb、FeSbO和FeSbO,暗示Ca、Fe的加入有利于增加菌体对锑的吸附。最后,胞内外积累试验表明,在受到ATP酶活性抑制剂DCC的影响下,胶红酵母在稳定期和对数期的细胞吸附率得到了提升,也阻止了细胞中的Sb(Ⅲ)重新释放到环境中去,避免了二次污染。

关键词：胶红酵母重金属锑微生物吸附抗性特征吸附机理

不同淹水环境下湖泊沉积物DOM的特征与来源

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环境科学 2022年第9期43卷 4566-4575页

作者：陈佳李忠武金昌盛文佳骏聂小东王磊湖南大学环境科学与工程学院院长沙410082 湖南师范大学地理科学学院院长沙410081

为揭示水位的空间差异对于湖泊沉积物溶解性有机质(DOM)特性的影响与作用途径,采用紫外可见光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱结合平行因子分析(EEM-PARAFAC),探究东洞庭湖不同淹水环境对沉积物DOM的组成与来源的影响.结果表明,DOM中类蛋白组... 详细信息

为揭示水位的空间差异对于湖泊沉积物溶解性有机质(DOM)特性的影响与作用途径,采用紫外可见光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱结合平行因子分析(EEM-PARAFAC),探究东洞庭湖不同淹水环境对沉积物DOM的组成与来源的影响.结果表明,DOM中类蛋白组分[类色氨酸C2与类酪氨酸C3,(72.95±8.94)%]高于类腐殖酸组分[C1,(27.05±8.94)%].季节淹水下DOM具有更高的类蛋白组分和更低的类腐殖酸组分,而常年淹水下的DOM芳香性(SUVA_(254))与疏水组分(SUVA_(260))更高,在空间上表现为:湖中段>入湖段>出湖段,更有利于污染物迁移.通过对荧光参数FI(1.93)、BIX(0.91)和HIX(1.57)的计算发现,沉积物DOM具有内源为主和陆源较弱的混合特征.这可能受到人为输入与沉积物特性影响,季节淹水区沉积物裸露增强污水排放的直接作用,且黏粒和总氮(TN)含量与FI呈显著正相关,说明沉积物高营养成分和黏粒含量影响DOM的内源成分(FI>1.9);而常年淹水区具有外来径流输入,pH和C/N与HIX和C1呈显著正相关,说明沉积物DOM由于常年淹水的碱性环境(pH>7.5)和径流输入比季节淹水区具有更高的陆源成分(HIX=1.38±0.57).上述结果有助于揭示湖泊水文与人类活动过程中沉积物DOM对水质与污染响应的相关理论,为沉积物污染防治提供科学依据.

关键词：溶解性有机质(DOM) 常年淹水区季节淹水区来源沉积物人类活动

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微生物处理含锑重金属废水的研究进展

环境污染与防治 2018年第4期40卷 465-472,490页

作者：邓仁健金昌盛侯保林唐智娥任伯帜湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 页岩气资源开发与利用湖南省重点实验湖南湘潭411201

锑及其化合物是全球性污染物和优先控制污染物,其在水环境中呈现的环境危害已引起了国际科学界的高度关注和忧虑。微生物吸附除锑是目前最安全、经济、环境友好、选择强、避免二次污染的除锑方法与技术。对主要藻类、细菌和真菌等微生... 详细信息

锑及其化合物是全球性污染物和优先控制污染物,其在水环境中呈现的环境危害已引起了国际科学界的高度关注和忧虑。微生物吸附除锑是目前最安全、经济、环境友好、选择强、避免二次污染的除锑方法与技术。对主要藻类、细菌和真菌等微生物除锑的特性、机理、等温吸附模型与吸附动力学等方面的研究进行了总结与分析,旨在为水体中锑污染控制与治理提供参考。建议今后在以下几个方面加强研究:(1)吸附除锑微生物与锑氧化菌的筛选与鉴定,并基于此进行微生物吸附剂制备及改性制备;(2)锑在微生物吸附剂与水环境体系中的赋存形态、价态转化、迁移转化、去除控制方法等有待进一步研究;(3)微生物吸附材料吸附除锑机理有待借助先进的表征技术进行定性与定量解析,实现优先吸附位点和官能团的优化调控。

关键词：锑重金属污染微生物含锑废水吸附

基于奇异谱分析—遗传算法反向传播神经网络模型的湘江新港断面水质预测

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环境污染与防治 2019年第6期41卷 710-713,719页

作者：金昌盛邓仁健刘俞希任伯帜湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学商学院湖南湘潭411201

运用奇异谱分析(SSA)对湘江新港断面557周的pH、DO、高锰酸盐指数和氨氮数据进行了预处理,再运用遗传算法优化反向传播神经网络模型进行拟合与预测。结果表明:SSA有较好的降噪能力,遗传算法反向传播(GABP)神经网络模型相比BP神经网络模... 详细信息

运用奇异谱分析(SSA)对湘江新港断面557周的pH、DO、高锰酸盐指数和氨氮数据进行了预处理,再运用遗传算法优化反向传播神经网络模型进行拟合与预测。结果表明:SSA有较好的降噪能力,遗传算法反向传播(GABP)神经网络模型相比BP神经网络模型均方根误差(RMSE)平均缩小了6.96%,具有良好的预测精度;预测期内新港断面的pH、DO、高锰酸盐指数、氨氮均能满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准,但氨氮在预测期内呈上升趋势,需警惕氨氮浓度过高引发的水污染问题。

关键词：湘江水质预测奇异谱分析遗传算法神经网络

DOM对沉积物悬浮颗粒吸附铜的促进作用及机制

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环境科学 2021年第8期42卷 3837-3846页

作者：丁翔李忠武徐卫华黄梅文佳骏金昌盛周咪陈佳湖南大学环境科学与工程学院长沙410082 湖南师范大学资源与环境学院长沙410081

沉积物悬浮颗粒对重金属吸附是重金属在湖泊中迁移的关键环节,受到多种环境条件的影响.为了探究溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)对沉积物悬浮颗粒吸附Cu(Ⅱ)的影响及作用机制,通过室内模拟沉积物悬浮液进行Cu(Ⅱ)吸附试验.... 详细信息

沉积物悬浮颗粒对重金属吸附是重金属在湖泊中迁移的关键环节,受到多种环境条件的影响.为了探究溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)对沉积物悬浮颗粒吸附Cu(Ⅱ)的影响及作用机制,通过室内模拟沉积物悬浮液进行Cu(Ⅱ)吸附试验.结果表明,两种DOM(富里酸和沉积物DOM)不同程度地促进了Cu(Ⅱ)在悬浮颗粒上的吸附;吸附48 h后,吸附百分比从71.51%分别提高到了75.31%和85.69%.扫描电子显微镜-能谱结果显示,在DOM的影响下,Cu(Ⅱ)被吸附后存在于沉积物颗粒内部.紫外-可见光谱技术分析结果表明,在吸附反应过程中,Cu(Ⅱ)与DOM存在先络合后解离的过程.荧光激发发射矩阵结合平行因子分析、同步荧光光谱结合二维相关分析的结果表明,类蛋白组分能够促进Cu(Ⅱ)在沉积物悬浮颗粒上的吸附,其中类酪氨酸组分在促进Cu(Ⅱ)被沉积物颗粒吸附沉淀过程中优先发挥作用,而类腐殖酸组分几乎没有促进吸附作用.完善了湖泊重金属迁移的相关理论,为沉积物重金属污染防治提供了一定的依据.

关键词：溶解性有机质(DOM) 沉积物悬浮颗粒铜离子吸附平行因子分析二维相关分析

PAC、PAFC与石灰组合投加强化化学除磷效果的研究

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工业水处理 2018年第3期38卷 46-49页

作者：金昌盛邓仁健任伯帜侯保林邵让湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 页岩气资源开发与利用湖南省重点实验室湖南湘潭411201

实验考察了PAC、PAFC单独投加及与石灰组合投加对除磷效果的影响。研究结果表明:PAFC对系统pH影响大于PAC;当石灰投加质量浓度为25~50 mg/L时,石灰与PAC、PAFC组合投加的除磷率比单独投加分别提高了10.7%和13.1%,石灰与PAC、PAFC组合投... 详细信息

实验考察了PAC、PAFC单独投加及与石灰组合投加对除磷效果的影响。研究结果表明:PAFC对系统pH影响大于PAC;当石灰投加质量浓度为25~50 mg/L时,石灰与PAC、PAFC组合投加的除磷率比单独投加分别提高了10.7%和13.1%,石灰与PAC、PAFC组合投加除磷的最优pH分别为6.5~7.0和6.6左右。因此,增加石灰投加装置是污水深度处理过程中提高化学除磷的有效措施。

关键词：化学除磷聚氯化铝铁聚合氯化铝

芦苇根际沉积物中溶解性有机物组成及其与铁还原菌关系的实验研究

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湿地科学 2021年第4期19卷 494-500页

作者：文佳骏李忠武黄梅周咪丁翔金昌盛湖南大学环境科学与工程学院湖南长沙410082 湖南大学环境生物学与污染控制教育部重点实验室湖南长沙410082 湖南师范大学资源与环境科学学院湖南长沙410082

2019年4月6日至7月4日,在湖南大学环境学院天台大棚中,利用采集到的东洞庭湖洲滩沉积物,种植芦苇(Phragmites australis),在淹水(沉积物表面淹水深度为2 cm)和未淹水(沉积物表面未淹水,其含水量为70%)条件下,开展实验。在实验第30天、... 详细信息

2019年4月6日至7月4日,在湖南大学环境学院天台大棚中,利用采集到的东洞庭湖洲滩沉积物,种植芦苇(Phragmites australis),在淹水(沉积物表面淹水深度为2 cm)和未淹水(沉积物表面未淹水,其含水量为70%)条件下,开展实验。在实验第30天、第60天和第90天,在花盆中采集沉积物样品,利用傅立叶红外光谱分析技术,研究沉积物样品的溶解性有机物的组成,分析沉积物中铁还原菌的丰度与溶解性有机物的关系。研究结果表明,在实验的90 d中,与天然沉积物相比,芦苇根际沉积物中溶解性有机物的羟基官能团含量减小,羧基官能团含量增大;在实验第30天和第60天,与非根际沉积物相比,芦苇根际沉积物中有机质官能团的积累量更高,而在实验第90天规律相反;沉积物中芽孢杆菌属(Bacillus)、梭菌属(Clostridium)的相对丰度低于厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)、地杆菌属(Geobacter);溶解性有机物中官能团含量受培养时间、淹水条件和根际环境影响;对溶解性有机物中官能团特征造成主要影响的是发酵铁还原菌。

关键词：芦苇根际沉积物溶解性有机物官能团淹水铁还原菌

避雨栽培对鸡尾葡萄柚黑点病发生及品质的影响

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浙江柑橘 2020年第4期38卷 37-38页

作者：王清渭程萱金昌盛浙江省衢州市衢江区碧岭丹地家庭农场衢州324022 浙江省衢州市衢江区特色产业发展中心

鸡尾葡萄柚自2011年引入衢州栽培以来,表现为生长势强、抗病性好、耐高温干旱、丰产性好、果实风味品质佳、市场反响好。但在鸡尾葡萄柚的种植过程中发现,其幼果期正处于当地的梅雨季节,因该时期雨水多,黑点病发生率高,对果实的外观和... 详细信息

鸡尾葡萄柚自2011年引入衢州栽培以来,表现为生长势强、抗病性好、耐高温干旱、丰产性好、果实风味品质佳、市场反响好。但在鸡尾葡萄柚的种植过程中发现,其幼果期正处于当地的梅雨季节,因该时期雨水多,黑点病发生率高,对果实的外观和内质带来极大的影响。为减少黑点病的发生和提高鸡尾葡萄柚的生产效益,本农场于2018~2019年间,开展了鸡尾葡萄柚避雨栽培试验,为葡萄柚的推广提供技术支持。

关键词：避雨栽培果实风味种植过程葡萄柚幼果期黑点病生长势梅雨季节

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衢州地区红美人水肥营养健康管理技术初探

现代园艺 2022年第9期45卷 6-7页

作者：金昌盛吕兴程萱吴群浙江省衢州市衢江区农业特色产业发展中心 324000 衢州爱媛农业发展有限公司 324000 衢州市农业林业科学研究院果树所 324000

红美人(爱媛28号)杂柑在浙江属于高端水果品种,但该品种从引种到大面积推广一直受到树势易早衰、树体易死亡的困扰,严重制约着红美人果实的优质稳产。为了探索更适合浙江本地的红美人管理技术,降低果树衰退和死树的风险,2020年进行了水... 详细信息

红美人(爱媛28号)杂柑在浙江属于高端水果品种,但该品种从引种到大面积推广一直受到树势易早衰、树体易死亡的困扰,严重制约着红美人果实的优质稳产。为了探索更适合浙江本地的红美人管理技术,降低果树衰退和死树的风险,2020年进行了水肥营养管理的技术探索,开花前根部浇施2次“黑克拉”(含枯草芽孢杆菌的有机水溶肥)和“迈盖思”(含螯合钙、镁、锌、硼中微量元素肥)组合,坐果后到成熟初期,间隔20d根施1次;生长季多次喷施“超级五零”(泡叶藻生物刺激素)和“迈盖思”,对矫正和预防红美人果树衰退症和提高果肉钙含量有一定的促进作用。

关键词：红美人杂柑水肥营养健康管理衰退