微生物富集铀的机理及生物学效应研究

论文摘要

放射性核素铀是贯穿整个核工业系统的关键核素之一,随着核能的不断开发,放射性核素铀矿的开采量不断增加。含铀核废料不可避免地释放到环境中去,对生态系统产生直接的和潜在的危害,甚至威胁人类的健康。放射性核素铀的危害主要包括衰变过程中所产生的辐射及重金属毒性。近年来,微生物富集法在实际环境污染修复中得到广泛应用,具有显著性性优势。本论文利用从放射性核素污染的土壤中筛选的抗性微生物作为富集剂,对残留在水体中的铀进行富集,同时研究了铀与微生物之间的作用机理及在铀的胁迫下产朊假丝酵母的生物学效应变化。本论文主要包括以下三个部分:第一部分主要研究了从核废料污染的土壤中分离出丝状真菌伞枝犁头霉菌（Absidiacorymbifera）。首先研究了伞枝犁头霉菌富集铀的行为,包括微生物浓度、温度、pH、离子强度等因素对U（Ⅵ）富集的影响。然后利用SEM、FTIR和XPS等表征对微生物富集前后变化进行了分析。对等温线实验数据进行拟合其符合Langmuir模型,动力学实验数据符合二级动力学模型。在pH 6.0,温度为298 K时,伞枝犁头霉菌对U（Ⅵ）的最大富集量可达46.5 mg/g。该研究结果表明,伞枝犁头霉菌可作为潜在的微生物富集剂用于去除U（VI）等放射性核素。第二部分主要评估了抗性细菌解淀粉芽抱杆菌（Bacillus amyloliquefaciera）富集U（Ⅵ）的能力。该细菌是从核废料污染的土壤中分离筛选的,并系统地研究了解淀粉芽孢杆菌浓度、富集时间、pH及离子强度等因素对生物富集的影响。实验数据符合Langmuir模型及二级动力学模型。根据Langmuir拟合结果,在pH6.0条件下,解淀粉芽孢杆菌富集U（VI）的能力达到1 79.5mg/g。根据热力学计算结果,AGo,ΔHo和ΔSo分别是:-6.359kJ/mol、14.20 kJ/mol和67.19J/mol·K-1。该研究结果表明,解淀粉芽孢杆菌可作为去除放射性核素U（Ⅵ）的较为理想的生物富集剂。第三部分主要研究了产朊假丝酵母（Candida utilis）与U（Ⅵ）的相互作用,包括富集时间、pH及离子强度等参数对生物富集的影响。同时还利用SEM、TEM、FTIR和XPS四种技术对产朊假丝酵母富集U（Ⅵ）前后变化进行了表征。富集动力学符合二级动力学模型,3.5小时达到富集平衡。在pH 5.0条件下,根据Langmuir模型的结果,该菌最大富集量达到41.15mg/g（湿菌体）。根据热力学计算结果,AGo、ΔHo和ΔSo分别是:-3.256 kJ/mol、7.17 kJ/mol和34.41 J/mol·K-1。由于产朊假丝酵母可以产生谷肮甘肽,可以更好提高产朊假丝酵母与放射性核素U（Ⅵ）结合能力。其次还研究了在不同浓度U（Ⅵ）的胁迫下,对产朊假丝酵母生长繁殖情况的影响,同时测定了胞内过氧化氢及丙二醛（MDA）的浓度变化。放射性核素U（Ⅵ）抑制了产朊假丝酵母的生长,并导致产朊假丝酵母体内活性氧化物的增加。另外还测定了产朊假丝酵母细胞内总超氧化物歧化酶（T-SOD）及谷胱甘肽（GSH）含量变化,表明放射性核素U（Ⅵ）可以促使细胞内抗氧化酶及抗氧化小分子合成量增加。通过以上研究表明,产朊假丝酵母可作为一种较为理想的去除水中放射性核素铀的富集剂。另外研究结果对评估放射性核素U（Ⅵ）的毒性及产朊假丝酵母的抗氧化作用具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 放射性核素的概述
•     1.2.1 放射性核素铀的利用概况
•     1.2.2 核废料的来源及危害
•     1.2.3 核废料的处理
•   1.3 微生物修复法去除放射性核素研究
•     1.3.1 微生物修复研究概述
•     1.3.2 微生物对放射性核素富集的研究
•     1.3.3 微生物富集的机理研究
•   1.4 本论文研究构想
•     1.4.1 研究依据
•     1.4.2 研究意义
•     1.4.3 研究内容
•   参考文献
• 第2章 伞枝犁头霉菌对U（Ⅵ）的富集研究
•   2.1 引言
•   2.2 材料与方法
•     2.2.1 常用试剂
•     2.2.2 主要仪器
•     2.2.3 伞枝犁头霉菌的分离
•     2.2.4 生物富集实验
•     2.2.5 主要表征方法
•   2.3 实验结果
•     2.3.1 伞枝犁头霉菌的培养及测序结果
•     2.3.2 伞枝犁头霉菌的形态特征
•     2.3.3 伞枝犁头霉菌的SEM表征及分析结果
•     2.3.4 伞枝犁头霉菌的FTIR表征及分析结果
•     2.3.5 伞枝犁头霉菌的XPS表征及分析结果
•     2.3.6 伞枝犁头霉菌的等温线及生物富集剂影响
•     2.3.7 pH及离子强度对伞枝犁头霉菌富集U（Ⅵ）的影响
•     2.3.8 伞枝犁头霉菌富集U（Ⅵ）的动力学结果
•   2.4 小结
•   参考文献
• 第3章 解淀粉芽孢杆菌对U（Ⅵ）的富集研究
•   3.1 引言
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 常用试剂
•     3.2.2 主要仪器
•     3.2.3 解淀粉芽孢杆菌的分离及鉴定
•     3.2.4 生物富集实验
•     3.2.5 主要表征方法
•   3.3 实验结果
•     3.3.1 分子鉴定及形态特征
•     3.3.2 解淀粉芽孢杆菌SEM及EDX表征及分析结果
•     3.3.3 解淀粉芽孢杆菌TEM表征及分析结果
•     3.3.4 解淀粉芽孢杆菌FTIR表征及分析结果
•     3.3.5 解淀粉芽孢杆菌XPS表征及分析结果
•     3.3.6 pH和离子强度对解淀粉芽孢杆菌富集的影响
•     3.3.7 解淀粉芽孢杆菌富集U（Ⅵ）的动力学结果
•     3.3.8 解淀粉芽孢杆菌富集U（Ⅵ）等温线
•     3.3.9 解淀粉芽孢杆菌富集U（Ⅵ）的热力学结果
•   3.4 小结
•   参考文献
• 第4章 产朊假丝酵母对U（Ⅵ）的富集研究
•   4.1 引言
•   4.2 材料与方法
•     4.2.1 常用试剂
•     4.2.2 主要仪器
•     4.2.3 生物富集实验
•     4.2.4 主要表征方法
•   4.3 实验结果
•     4.3.1 产朊假丝酵母形态特征及富集后形态变化
•     4.3.2 pH对产朊假丝酵母富集U（Ⅵ）的影响及离子分布
•     4.3.3 产朊假丝酵母FTIR表征及分析结果
•     4.3.4 产朊假丝酵母XPS表征及分析结果
•     4.3.5 产朊假丝酵母浓度对富集的影响及富集等温线
•     4.3.6 产朊假丝酵母富集动力学结果
•     4.3.7 产朊假丝酵母生物富集的热力学结果
•     4.3.8 不同浓度的U（Ⅵ）对产朊假丝酵母生长影响
•     4.3.9 不同浓度的U（Ⅵ）对C.utilis产生过氧化氢及丙二醛含量影响
•     4.3.10 不同浓度的U（Ⅵ）对C.utilis产生GSH含量的影响
•     4.3.11 不同浓度的U（Ⅵ）对C.utilis产生超氧化物歧化酶（SOD）含量的影响
•   4.4 小结
•   参考文献
• 第5章 总结与展望
•   5.1 总结
•     5.1.1 伞枝犁头霉菌生物富集U（Ⅵ）的研究
•     5.1.2 解淀粉芽孢杆菌生物富集U（Ⅵ）的研究
•     5.1.3 产朊假丝酵母菌对U（Ⅵ）生物富集的研究
•     5.1.4 产朊假丝酵母在U（Ⅵ）的胁迫下的生物学效应
•   5.2 创新点
•   5.3 展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文与取得的其他研究成果
• 附录
•   1. 筛选的微生物特征及分子测序比对结果
•   2. 分离微生物PCR产物电泳结果
•   3. 主要缩略词表

文章来源

类型: 博士论文

作者: 刘磊

导师: 储焰南,宋文成

关键词: 放射性核素,生物富集,产朊假丝酵母,伞枝犁头霉菌,解淀粉芽孢杆菌

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用,动力工程

单位: 中国科学技术大学

基金: 国家自然科学基金青年项目,基于XAFS技术研究抗性真菌对U(Ⅵ)和As(Ⅴ)的协同转化机理(21607156),国家自然科学基金面上项目,丝状真菌生物富集放射性核素Eu(Ⅲ)和U(Ⅵ)的调控机制研究(21876179)

分类号: X771;X172

总页数: 110

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