耐铅乳酸菌分离鉴定、吸附特性及机理的研究

论文摘要

重金属铅（Plumbum,Pb）是一种蓄积性很强的重金属元素,在微量存在的情况下对人体也会产生极大的危害,由于其极强的累积性和不可逆性,联合国环境规划署将铅的危害排在第二位。近几年,重金属铅污染危害人体健康的事件频频被报道,重金属铅污染防治也越来越受到人们的关注。传统的理化方法去除重金属,存在着费用高,副作用大等缺陷,而微生物吸附法由于其高效、无二次污染等优点,受到人们的广泛关注。过往研究报道,乳酸菌具有一定的吸附重金属铅的能力,因此使用食品级的乳酸菌治理重金属污染成为主要研究方向。本论文从包头市包钢矿区和包头市白云鄂博铁矿区附近选取受重金属污染严重的23个土壤样品,通过平板划线法从中筛选出104株乳酸菌菌株。对104株乳酸菌进行铅耐受能力试验,得到10株具有高耐铅浓度6000mg/L的乳酸菌。并对分离得到的10株高耐铅乳酸菌进行形态学特征、生理生化鉴定和16S rRNA序列分析,最后结果得出,Qac、Qad、Qae、Kd42为植物乳杆菌;Fe3和10a1为戊糖片球菌;Qaa为海氏肠球菌;Qab为清酒乳杆菌;Haa、Qa1 1为食窦魏斯氏菌。将以上10株高耐铅菌株进行铅吸附试验,得到两株吸附效果相对较好的菌株 E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3,其吸附率分别为 58.73±1.05%和 90.10±0.36%。对E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3进行铅吸附特性研究,分析pH值、温度、吸附时间、湿菌体浓度、P2+b浓度等因素对E.hirae Qaa和P.penntosaceus Fe3吸附铅的影响。并通过响应面优化法,对两株菌株吸附铅的最佳条件进行优化。得到E.hira Qaa吸附Pb2+的最佳吸附条件为吸附时间230mmin,湿菌体浓度6g/L,Pb2+浓度80mg/L,pH值5.6,此模型预测吸附量为8.24mg/g;P.Pentosaceus Fe3吸附Pb2+的最佳吸附条件为:吸附时间246min,湿菌体浓度为4.18g/L,Pb2+浓度为85.26mg/L,pH值为5.11,此时模型预测吸附量为19.79mg/g。同时利用Langmuir和Freundlich等温吸附模型和准二级吸附动力学方程进行拟合,结果E.hirae和P.pentosaceus Fe3吸附Pb2+的过程均不符合Freundlich等温吸附模型,而更符合Langmuir等温吸附模型和准二级吸附动力学方程。扫描电镜（SEM）观察发现,菌株吸附Pb2+后,形态均出现变形、凹陷、粘连甚至破裂的现象,表面聚集有沉淀物。透射电镜（TEM）扫描分析菌体切面有黑色沉积物,能谱（EDS）显示菌体内部有铅存在,说明菌体不仅存在着表面吸附,还包括胞内积累。傅里叶红外光谱（RTIR）显示,菌株吸附Pb2+主要是-OH、-NH、-COOH等官能团参与了吸附过程。表面静电作用、络合反应、离子交换和胞内积累等是E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附Pb2+的主要作用机制,同时一些大分子物质,如核酸、磷酸酯、多糖及S层蛋白和脂肪酸也参与了吸附过程。用不同的化学试剂将菌体细胞上的羧基、羟基、氨基等官能团掩蔽后,两试验菌株的吸附效果明显降低。说明这些官能团在吸附Pb2+的过程中发挥着重要作用。不同的解吸剂对菌体进行铅吸附解吸时,酸性解吸剂0.1mol/L HC1解吸效果最好。E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3灭活菌对Pb2+的吸附能力下降一半。NaOH处理后的菌体对Pb2+的吸附作用明显提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 重金属概述
•     1.1.1 重金属铅的来源
•     1.1.2 重金属铅的危害
•     1.1.3 去除食品中重金属铅的方法
•   1.2 重金属与微生物的相互作用
•     1.2.1 重金属对微生物的毒害作用
•     1.2.2 微生物对重金属的抗性和解毒作用
•     1.2.3 微生物吸附重金属的机理
•     1.2.4 微生物吸附重金属的影响因素
•   1.3 乳酸菌与重金属的相互作用
•     1.3.1 乳酸菌作为生物吸附剂的潜力
•     1.3.2 乳酸菌吸附重金属的研究现状
•     1.3.3 乳酸菌吸附重金属机理研究现状
•   1.4 论文的立题背景及意义
•   1.5 论文的研究内容
• 2 耐受重金属铅的乳酸菌的分离、筛选及鉴定
•   2.1 引言
•   2.2 试验材料与设备
•     2.2.1 试验材料及样品
•     2.2.2 培养基
•     2.2.3 试验试剂
•     2.2.4 试验仪器与设备
•     2.2.5 标准菌株
•   2.3 试验方法
•     2.3.1 耐铅乳酸菌的分离
•     2.3.2 分离乳酸菌的保存
•     2.3.3 耐铅乳酸菌的筛选
•     2.3.4 高耐铅乳酸菌的形态观察
•     2.3.5 高耐铅乳酸菌的生理生化鉴定
•     2.3.6 10株高耐铅菌株的16S rRNA序列分析
•   2.4 结果与分析
•     2.4.1 乳酸菌菌株的分离结果
•     2.4.2 耐铅乳酸菌的筛选结果
•     2.4.3 乳酸菌菌株的形态观察结果
•     2.4.4 乳酸菌菌株生理生化鉴定
•     2.4.5 菌株16S rRNA鉴定结果及同源性分析
•   2.5 小结
• 3 乳酸菌对重金属铅的吸附特性研究
•   3.1 引言
•   3.2 试验材料与设备
•     3.2.1 试验材料
•     3.2.2 试验试剂
•     3.2.3 试验仪器与设备
•   3.3 试验方法
•     3.3.1 乳酸菌吸附重金属铅试验
• 2+的影响'>    3.3.2 不同因素对试验菌株吸附Pb²⁺的影响
•     3.3.3 响应面法优化E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附铅的最佳条件选择
•   3.4 结果与分析
•     3.4.1 标准曲线的绘制
• 2+的吸附能力测定'>    3.4.2 乳酸菌对Pb²⁺的吸附能力测定
• 2+的影响'>    3.4.3 不同因素对E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附Pb²⁺的影响
• 2+的最佳条件选择'>    3.4.4 响应面法优化E. hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附Pb²⁺的最佳条件选择
•   3.5 小结
• 4 乳酸菌对重金属铅的吸附机理研究
•   4.1 引言
•   4.2 试验材料与设备
•     4.2.1 试验菌株
•     4.2.2 试验试剂
•     4.2.3 试验仪器与设备
•   4.3 试验方法
• 2+的等温吸附方程拟合'>    4.3.1 E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附Pb²⁺的等温吸附方程拟合
• 2+的吸附动力方程拟合'>    4.3.2 E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附Pb²⁺的吸附动力方程拟合
•     4.3.3 E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附铅的稳定性研究
• 2+吸附前后的扫描电镜样品的制备及观察'>    4.3.4 E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3对Pb²⁺吸附前后的扫描电镜样品的制备及观察
• 2+吸附前后的透射电镜观察和能谱扫描'>    4.3.5 E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3对Pb²⁺吸附前后的透射电镜观察和能谱扫描
• 2+吸附前后傅里叶红外光谱观察'>    4.3.6 E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3对Pb²⁺吸附前后傅里叶红外光谱观察
•     4.3.7 官能团掩蔽法
• 2+试验'>    4.3.8 预处理E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附Pb²⁺试验
•   4.4 结果与分析
• 2+的等温吸附模型'>    4.4.1 E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附Pb²⁺的等温吸附模型
• 2+的吸附动力学'>    4.4.2 E.hirae Qaa和P.pentosaccus Fe3吸附Pb²⁺的吸附动力学
•     4.4.3 E.hirae Qaa和P.pentosaccus Fe3吸附铅的稳定性研究
•     4.4.4 菌株J.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附铅的扫描电镜观察
•     4.4.5 菌株E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附铅的透射电镜观察和能谱扫描
•     4.4.6 E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3菌体表面基团对铅离子吸附能力的比较
• 2+能力的影响'>    4.4.7 官能团掩蔽对E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附Pb²⁺能力的影响
• 2+能力的比较'>    4.4.8 预处理菌株E.hirae Qaa和P.pentosaceus Fe3吸附Pb²⁺能力的比较
•   4.5 小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 赵晓峰

导师: 贺银凤

关键词: 乳酸菌,鉴定,吸附特性,吸附机制

来源: 内蒙古农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用

单位: 内蒙古农业大学

分类号: X172

总页数: 117

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