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耐镉细菌耦合小麦秸秆固定水中Cd^(2+)的效果及机制研究

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环境科学学报 2024年第11期44卷 101-111页

作者：邵梦迪胡栋程廖桂赵梓旭黄政余博战蒋业阳王金坪吕杰杰杨刚伍钧徐敏四川农业大学环境学院成都611130 阜阳师范大学地理系阜阳236041

微生物诱导碳酸盐沉淀(Microbial induced carbonate precipitation,MICP)技术是利用产脲酶细菌的代谢活动实现重金属固定的一种绿色、环保的修复技术.然而,重金属的毒性及贫瘠的生长环境往往导致细菌生长受到抑制,降低其修复效率.为提... 详细信息

微生物诱导碳酸盐沉淀(Microbial induced carbonate precipitation,MICP)技术是利用产脲酶细菌的代谢活动实现重金属固定的一种绿色、环保的修复技术.然而,重金属的毒性及贫瘠的生长环境往往导致细菌生长受到抑制,降低其修复效率.为提高重金属固定效果,本研究从某工厂附近土壤中筛选出一株耐镉(Cadmium,Cd)性产脲酶菌株,利用16S rRNA测序以鉴定菌种,随后采用细菌培养试验分析细菌的生长特性和其产脲酶特征,测试菌株对不同pH、Cd^(2+)浓度的耐受性能.最后,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段分析细菌耦合小麦秸秆协同固定Cd^(2+)的机理.结果表明:筛选出的耐Cd性产脲酶菌株D-1为大肠杆菌(Escherichia coli).菌株繁殖能力强、代谢旺盛,培养60 h后具有较高的脲酶活性(43.85 mg·min^(-1)),且脲酶活性和菌液pH值呈显著正相关关系(R^(2)=0.79).在pH为6~9条件下,菌株D-1生长状况受pH变化的影响较小;且在Cd^(2+)浓度为200 mg·L^(-1)时仍能够继续生长,表现出高耐Cd性.连续培养实验发现,细菌耦合小麦秸秆7 d内对50 mg·L^(-1)Cd^(2+)的去除率高达97.34%;且脲酶活性为147.55 mg·min^(-1),表明培养7 d后细菌活性仍较强.SEM、XRD和FTIR结果显示,菌体表面氨基、羟基、羧基等官能团发生变化,二者协同诱导生成文石型碳酸钙晶体和菱镉矿,进而实现Cd^(2+)的高效、稳定固化.本文为Cd的高效去除提供了一种新方法.

关键词：微生物诱导碳酸盐沉淀耐镉细菌小麦秸秆筛选 Cd^(2+)固定

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耐镉细菌菌株的分离及其吸附镉机理研究

农业环境科学学报 2015年第9期34卷 1700-1706页

作者：林晓燕牟仁祥曹赵云朱智伟陈铭学中国水稻研究所农业部稻米及制品质量监督检验测试中心杭州310006

从重金属镉污染稻田土壤中筛选到两株对镉具有较强耐性的细菌菌株LCd1和LCd2。通过形态学观察、常规生理生化鉴定以及16S r DNA同源性分析,菌株LCd1和LCd2分别被鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和阴沟肠杆菌(Enterobacter c... 详细信息

从重金属镉污染稻田土壤中筛选到两株对镉具有较强耐性的细菌菌株LCd1和LCd2。通过形态学观察、常规生理生化鉴定以及16S r DNA同源性分析,菌株LCd1和LCd2分别被鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)。这两株菌株分别在LB固体培养基上耐受400 mg·L-1和300 mg·L-1的Cd2+,在LB液体培养基中耐受80 mg·L-1和50 mg·L-1的Cd2+。设计实验研究了两株菌株对7种重金属离子的吸附情况,结果显示两株菌都对铅和镉有较高的吸附率,对重金属Cr、Cu、Mn、Ni和Zn的吸附情况则不同,表明两株菌对不同重金属的耐性机制可能存在差异。利用扫描电镜观察发现,与未处理的菌株相比,镉处理菌体表面粗糙,出现不规则凸起,有大量沉淀物聚集,说明胞外沉淀可能是菌株吸附重金属的一个重要途径。进一步通过红外光谱研究了两菌株积累镉及多种重金属离子前后细胞壁表面化学基团的变化情况,结果发现两株菌可能由于本身性质不同,其细胞壁上参与镉及多种重金属吸附的基团不尽相同。

关键词：耐镉细菌筛选镉污染吸附机理

耐镉细菌不同配施方式对烟叶镉含量及品质的影响

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河南农业科学 2017年第3期46卷 47-51页

作者：何声宝刘楠罗安娜冯晓民王英元张威国家烟草质量监督检验中心河南郑州450001

为明确从镉污染植烟土壤中筛选得到的耐镉细菌TU菌及其不同配施方式对烟叶镉含量及品质的影响,进一步揭示其对土壤镉污染的修复效果,设置对照(CK)、TU菌(T1)、TU菌+腐殖酸(T2)、TU菌+尿素(T3)、TU菌+磷酸钾(T4)5个处理进行大田试验,比较... 详细信息

为明确从镉污染植烟土壤中筛选得到的耐镉细菌TU菌及其不同配施方式对烟叶镉含量及品质的影响,进一步揭示其对土壤镉污染的修复效果,设置对照(CK)、TU菌(T1)、TU菌+腐殖酸(T2)、TU菌+尿素(T3)、TU菌+磷酸钾(T4)5个处理进行大田试验,比较5个处理烟叶镉含量、外观质量、化学成分及评吸质量的差异。结果表明:与CK比较,T1、T2、T3、T4处理烤后烟叶的镉含量分别降低了32.79%、44.75%、-18.20%、32.46%;不同处理烟叶外观质量表现为T2>T4>T1>CK>T3;化学成分以T2和T1处理最为协调,T3处理最差;评吸质量得分表现为T2>T4>T1>CK>T3。因此,生产过程中施用TU菌对烟叶有降镉提质作用,腐殖酸对TU菌降低烟叶镉含量和提高烟叶质量的功效具有加成作用。

关键词：耐镉细菌烟叶镉含量品质

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耐镉细菌联合电动技术修复镉污染土壤的研究

耐镉细菌联合电动技术修复镉污染土壤的研究

作者：尹静玄中南林业科技大学

学位级别：硕士

土壤Cd污染一直是近些年来人们所关注的难题,电动修复技术被证明可以用于土壤Cd污染的治理,但传统电动处理存在能耗高、重金属易在阴极区沉淀等缺点,为提高其修复效率和经济效益,本研究采用耐镉细菌联合电动技术修复Cd污染土壤。从Cd污... 详细信息

土壤Cd污染一直是近些年来人们所关注的难题,电动修复技术被证明可以用于土壤Cd污染的治理,但传统电动处理存在能耗高、重金属易在阴极区沉淀等缺点,为提高其修复效率和经济效益,本研究采用耐镉细菌联合电动技术修复Cd污染土壤。从Cd污染土壤中分离筛选出3株耐镉细菌大肠杆菌Escherichia strain、芽胞杆菌Bacillus sp.、蜡样芽胞杆菌Bacillus cereus strain,将其分别接种至含Cd土壤后,通过自制实验装置以1 V·cm-1电压梯度通电10d进行耐镉细菌-电动联合修复Cd污染土壤的实验,并通过比较各组处理对土壤Cd去除、土壤主要酶活性和可培养细菌总数的影响,选取修复效率和经济效益都比较高的一株耐镉菌,进行响应面设计与实验,得到耐镉细菌-电动联合修复的参数优化值。主要实验结果如下:（1）通过从电动修复后的Cd污染土壤中进行分离筛选,得到3种耐镉细菌A-1、B-1、C-1,经鉴定确定菌A-1为大肠杆菌Escherichiastrain、B-1为芽胞杆菌Bacillus sp.、C-1为蜡样芽胞杆菌Bacillus cereusstrain。（2）综合3种菌株的适宜生长条件后,将耐镉细菌-电动联合修复时的修复条件设为:pH为7.0～7.2、温度为28℃、装液量为100 mL、NaCl质量分数=0.125%,并在此培养条件下研究耐镉菌株耐镉和吸附镉能力,其中菌株A-1、B-1、C-1对固体培养基中Cd的耐受阈值分别为400、600、700 ***-1,对液体培养基中Cd2+的耐受阈值为150、200、200 mg.L-1,对Cd2+的吸附率为19.40%、30.55%、37.36%。（3）与传统电动修复相比,电动-耐镉细菌联合修复技术能显著提高总Cd去除率并降低修复能耗（P＜0.05）,实验组EBR-Bcs、EBR-Bs和EBR-Ecs的总Cd去除率比对照组分别提高了 173.75%、153.11%和67.88%,单位修复能耗比对照组分别降低了 70.34%、66.18%和39.15%（对照组去除率为11.24%,单位修复能耗为 165.48 kW·min·mg-1）。（4）与传统电动修复相比,耐镉细菌-电动联合修复能显著增加土壤酸性磷酸酶、脲酶、β-葡萄糖苷酶活性以及可培养细菌总数,其中土壤主要酶活性大小为EBR-Bcs＞EBR-Bs＞EBR-Ecs＞Control,同时由于电动过程中耐镉细菌的电泳作用大于电渗作用,导致土壤可培养细菌数阳极区明显高于阴极区（P＜0.05）。（5）在接种3种耐镉细菌的实验组中,蜡样芽胞杆菌Bacillus cereus strain和电动技术联合时修复效果较好,对其响应面优化设计与实验后,得到小试水平下耐镉细菌联合电动技术修复Cd污染土壤的最优条件:通电时间=10.05d、电压梯度=1.09 ***-1、菌液量=150 mL。

关键词：耐镉细菌电动-微生物修复 Cd污染土壤 Cd去除土壤酶活性

耐镉细菌与土壤胶体作用对土壤中镉生物有效性的影响

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耐镉细菌与土壤胶体作用对土壤中镉生物有效性的影响

作者：王晶广西大学

学位级别：硕士

本文通过从矿区重金属污染土壤中筛选出耐镉细菌,并提取红壤、赤红壤、棕色石灰土三种土壤胶体,研究了耐镉细菌对土壤胶体吸附镉的影响,耐镉细菌——土壤胶体复合物所吸附镉形态的变化,并进一步以黑麦草进行盆栽试验,研究了在镉污染的... 详细信息

本文通过从矿区重金属污染土壤中筛选出耐镉细菌,并提取红壤、赤红壤、棕色石灰土三种土壤胶体,研究了耐镉细菌对土壤胶体吸附镉的影响,耐镉细菌——土壤胶体复合物所吸附镉形态的变化,并进一步以黑麦草进行盆栽试验,研究了在镉污染的赤红壤和棕色石灰土上,接种耐镉细菌对土壤中镉的生物有效性的影响,主要结论如下： 1、红壤、赤红壤、棕色石灰土三种土壤胶体对镉的吸附量都随着镉浓度的增加而增加,总体来看,对镉的吸附性能的大小表现为：棕色石灰土＞赤红壤＞红壤;接种耐镉细菌后,三种土壤胶体对镉的吸附量都显著提高,其中以红壤胶体提高幅度最大。 2、接种耐镉细菌使红壤、赤红壤和棕色石灰土胶体上镉的弱酸可溶态和残渣态含量降低,而可还原态和可氧化态含量则提高;接菌后,红壤、赤红壤胶体上镉形态含量的高低顺序为：残渣态＞可还原态＞弱酸可溶态＞可氧化态,棕色石灰土胶体上则是：可还原态＞残渣态＞弱酸可溶态＞可氧化态。 3、黑麦草盆栽试验中,接种耐镉细菌能促进黑麦草地上、地下部生物量的提高,活化土壤中的镉,降低土壤中弱酸可溶态和残渣态镉含量,提高可还原态和可氧化态镉含量,并促进土壤中的镉向黑麦草体内迁移。总体来说,耐镉细菌提高了土壤中镉的生物有效性。 4、赤红壤上,黑麦草体内镉含量与土壤中可还原态镉含量呈极显著正相关,与可氧化态镉含量呈显著正相关;棕色石灰土上,黑麦草体内镉含量与可氧化态镉含量呈极显著正相关。

关键词：耐镉细菌土壤胶体镉生物有效性

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一株耐镉细菌的分离鉴定及其吸附条件的优化

土壤 2016年第3期48卷 615-620页

作者：沈秋悦曹志强朱月芳施维林苏州科技学院环境科学与工程学院江苏苏州215009 苏州市环境监测中心江苏苏州215009

从镉污染场地筛选分离得到一株耐镉细菌F7,经过形态学观察以及16S r DNA同源性对比分析,鉴定菌株F7属于芽孢杆菌(Bacillus),最大耐Cd^(2+)浓度为50 mg/L。实验研究了Cd^(2+)初始浓度、pH及投菌量对菌株吸附Cd^(2+)的影响,利用FTIR探究... 详细信息

从镉污染场地筛选分离得到一株耐镉细菌F7,经过形态学观察以及16S r DNA同源性对比分析,鉴定菌株F7属于芽孢杆菌(Bacillus),最大耐Cd^(2+)浓度为50 mg/L。实验研究了Cd^(2+)初始浓度、pH及投菌量对菌株吸附Cd^(2+)的影响,利用FTIR探究菌株吸附的机理。结果表明:菌株F7在Cd^(2+)初始浓度为1.0 mg/L、投菌量为1.0 g/L、pH为6.1时,对Cd^(2+)的吸附率达到93.9%;吸附符合Langumir模型,最大吸附容量为1.83 mg/g。对比分析吸附前后的红外光谱图,发现菌株F7表面的官能团羟基、胺基、烷基、蛋白酰胺Ⅱ带及磷酸基团在吸附过程中起主要作用。

关键词：耐镉细菌分离鉴定生物吸附吸附机理

一株耐镉细菌诱导矿化及对Cd2+的吸附作用研究

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一株耐镉细菌诱导矿化及对Cd2+的吸附作用研究

作者：胡静娴沈阳化工大学

学位级别：硕士

喀斯特山地碳酸盐岩风化成土过程与微生物的生命活动密切关联,而微生物的生长代谢及其诱导的生物矿化过程对重金属离子的迁移转化有重要影响。通过探索由生物诱导矿化的碳酸钙矿物对重金属的固持作用,对了解喀斯特地区岩生微生物的特有... 详细信息

喀斯特山地碳酸盐岩风化成土过程与微生物的生命活动密切关联,而微生物的生长代谢及其诱导的生物矿化过程对重金属离子的迁移转化有重要影响。通过探索由生物诱导矿化的碳酸钙矿物对重金属的固持作用,对了解喀斯特地区岩生微生物的特有生态学功能有重要意义。本论文从喀斯特地区富镉农田中分离筛选出一株耐镉优势菌—硝基还原假单胞菌(Pseudomonas nitroreducens)DH-1,研究了该菌生长对Cd的吸附特性以及由其诱导生成的碳酸钙对Cd的吸附特性,同时初步探讨了该菌及其诱导的碳酸钙对Cd的吸附机理。主要研究成果如下:1.在贵州省罗甸县境内富镉农田中筛选出1株耐镉细菌,命名为DH-1。研究发现该菌可以在Cd浓度为800 mg·L-1的LB固体培养基中生长,显示其对镉有较强的耐受性;2.对DH-1菌株的培养及生长曲线研究表明,该菌在2～16 h处于对数生长期,16～44 h处于稳定期,随后进入衰退期。该菌菌体呈球杆状,革兰氏染色阴性,能运动,氧化酶为阳性,水解淀粉为阴性,能还原硝酸盐,不能使明胶液化。依据对其16S r DNA序列的测序结果,由BLAST对比分析,结果与硝基还原假单胞菌(Pseudomonas nitroreducens)的同源性最高,相似性为99.02%,故初步鉴定为硝基还原假单胞菌;3.根据硝基还原假单胞菌DH-1在不同Cd浓度处理下的生长曲线,结果表明,Cd处理浓度低于30 mg·L-1时,对细菌生长影响较小,菌株生长未受明显抑制;而Cd处理浓度升高于50 mg·L-1时,菌体生长受到明显抑制;当浓度达到150 mg·L-1时菌株不能生长;4.对该菌株的吸附试验结果表明,在100 m L灭菌LB液体培养基中(Cd10mg·L-1,p H=7.0),接入2%的种子液。30℃、180 r·min-1振荡培养96 h条件下,吸附效果最佳,Cd去除率达到63.40%;5.对细菌诱导矿化的实验结果表明,随着Ca(NO)添加量的增加(1～10g·L-1),该菌诱导形成的碳酸钙可以逐渐由生物源无定形碳酸钙(ACC)转变为生物源球霰石(BV),投加量为5 g·L-1时效果最佳;6.利用硝基还原假单胞菌DH-1诱导的碳酸钙,探讨其Cd的吸附作用,试验结果表明,在Cd浓度为10 mg·L-1、Ca(NO)投加量为5 g·L-1,接入2%的种子液的LB液体培养基中,30℃、180 r·min-1的振荡培养7 d条件下,DH-1诱导矿化的碳酸钙吸附效果最好,并且培养基中的镉去除率能达到98.99%。实验结果表明DH-1为耐镉优势菌,其诱导矿化的碳酸钙对镉有较好的吸附固持能力,可以用于修复环境中的镉污染。本研究为重金属污染防治新技术的开发提供新思路和科学依据。

关键词：重金属耐镉细菌生物成矿碳酸钙吸附作用

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耐镉细菌与土壤胶体作用对镉形态的影响

南方农业学报 2011年第9期42卷 1096-1099页

作者：王晶蒋代华刘立龙罗雅蒋雄英尹辉韩祖龑广西大学农学院南宁530005

【目的】探讨耐镉细菌对红壤、赤红壤和棕色石灰土3类型土壤胶体镉吸附性能的影响及细菌—土壤胶体复合体上所吸附镉形态的变化,为重金属污染土壤的生物修复提供理论依据。【方法】从矿区镉污染土壤中筛选分离出一株耐镉细菌,同时提取... 详细信息

【目的】探讨耐镉细菌对红壤、赤红壤和棕色石灰土3类型土壤胶体镉吸附性能的影响及细菌—土壤胶体复合体上所吸附镉形态的变化,为重金属污染土壤的生物修复提供理论依据。【方法】从矿区镉污染土壤中筛选分离出一株耐镉细菌,同时提取红壤、赤红壤和棕色石灰土3种土壤胶体,研究接种耐镉细菌后3种土壤胶体吸附镉的变化及细菌—土壤胶体复合体上所吸附镉形态的变化。【结果】接种耐镉细菌能提高3种土壤胶体对镉的吸附,以红壤有机—无机复合胶体的提高幅度最大;接种耐镉细菌使3种类型土壤胶体上弱酸可溶态和残渣态的镉含量降低,而可还原态和可氧化态含量则提高。接菌后,红壤胶体和赤红壤(自然土)无机胶体上不同形态镉含量为残渣态>可还原态>弱酸可溶态>可氧化态,而赤红壤(耕作土)胶体和棕色石灰土胶体则为可还原态>残渣态>弱酸可溶态>可氧化态。【结论】接种耐镉细菌能促进土壤胶体上镉形态由无效态向有效态转化,提高镉的有效性。

关键词：耐镉细菌土壤胶体镉形态影响

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两头毛根际耐镉细菌的分离及生物学特性研究

六盘水师范学院学报 2023年第2期35卷 111-120页

作者：张书东袁海燕雷艳凌立贞六盘水师范学院生物科学与技术学院贵州六盘水553004

为获得耐镉细菌资源,采集煤矸山优势植物两头毛根际土壤经50 mg/L Cd^(2+)培养分离出耐镉细菌,并采用形态观察、生化指标测定和16S rRNA测序对这些菌株进行鉴定,同时还对Cd^(2+)耐受范围筛选及生物学特性进行了研究。研究共分离出N-1-2... 详细信息

为获得耐镉细菌资源,采集煤矸山优势植物两头毛根际土壤经50 mg/L Cd^(2+)培养分离出耐镉细菌,并采用形态观察、生化指标测定和16S rRNA测序对这些菌株进行鉴定,同时还对Cd^(2+)耐受范围筛选及生物学特性进行了研究。研究共分离出N-1-2、N-2-1和N-3-13种耐镉细菌菌株,分别被鉴定为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、微小杆菌属(Exigu⁃obacterium sp.)和芽孢杆菌属(Bacillus sp.)菌株。生长曲线结果表明菌株N-2-1在Cd2+浓度高于150 mg/L时生长受抑制,而菌株N-1-2和N-3-1分别在高于200 mg/L和150 mg/L Cd^(2+)浓度时生长完全被抑制。3种细菌在无镉胁迫下最适生长条件为N-1-2:pH=7.0和2%NaCl;N-2-1:pH=8.0和0%NaCl;N-3-1:pH=8.0和l%NaCl。在50 mg/L镉胁迫下的最适生长条件为N-1-2:pH=5.0和4%NaCl;N-2-1:pH=7.0和2%NaCl;N-3-1:pH=7.0和0%NaCl。这些结果表明菌株N-1-2和N-2-1在镉胁迫下提高了对盐的耐性,而菌株N-3-1在镉胁迫下却降低了对盐的耐性。

关键词：煤矸山两头毛根际土壤耐镉细菌镉耐受性生物学特性