普罗威登斯属细菌的重金属吸附行为及转录组测序分析

论文摘要

目前,随着我国工农业化水平的提升,导致重金属污染土壤更加严重。由于微生物修复具有无二次污染、生长周期短、成本低且治理效果好的优势,因此利用微生物修复土壤重金属污染成为研究热点。本文从湖南省株洲市某冶炼厂周围重金属污染土壤中,分离出一株新的耐受Mn（II）的细菌菌株普罗威登斯菌属（Providencia sp.）。通过生物化学和分子技术手段证明了LLDRA6菌株具有高Mn（II）耐受性和生物吸附能力。再通过多种表征方法和等温模型研究了菌株对重金属的吸附机理。利用菌株液体对原始重金属污染土壤进行生物淋洗,以验证菌株在实际使用中修复重金属污染土壤的能力。通过转录组测序和分析,找出其差异表达的基因,实时定量聚合酶链反应用于验证差异表达的基因,并鉴定其抗性基因。1、重金属耐性菌株的筛选与鉴定。从湖南株洲清水塘某冶炼厂周围重金属污染区采集土壤和污泥中,筛选出一株对Mn（II）具有较高耐受性的细菌菌株。目的菌株被鉴定为普罗威登斯菌属,并命名为Providencia sp.LLDRA6。其GenBank登录号为MH644827.1。2、目的菌株的生长曲线及表征。研究了目的菌株的生长曲线,测定其最适的pH和最适的生长温度分别为7,35℃。同时详细的研究了目的菌株对六种重金属的耐受性。结果显示Cd2+、Pb2+、Cu2+、Cr6+、Zn2+和Mn2+的最大抗性分别为2、4、4、10、200和500 mM,其中对Mn2+的抗性最大。SEM-EDS,TEM数据证实菌株对Mn2+具有表面吸附和胞内富集作用,FT-IR数据证实,在细胞表面上吸附锰之后,O-H,C-H,N-H,C-N,O-C-O和C-O的峰发生位移。XPS和XRD证实了LLDRA6菌株能够将Mn（II）氧化为Mn（III）和Mn（IV）。3、溶液的初始浓度（范围从25 mM到200 mM）,pH和温度对Mn（II）的生物吸附的影响。根据准二级动力学和Langmuir等温线模型,在最优条件下定量吸附Mn（II）,其生物吸附最大容量为291.438mg/g。菌株吸附热力学分析表明,菌株吸附过程是非自发的和吸热的。从生物淋洗获得的数据显示,土壤中的Pb,Cr,Cd,Cu,Mn和Zn被去除了66.3%、49.1%、56%、62.7%、50.7%和45%。4、菌株的转录组测序和分析。结果表明:菌株基因组大小为4,34Mb,共有3956个基因,而差异表达的基因数量为543个,其中上调基因257个,下调基因286个。并对这些差异表达基因进行了GO功能注释和KEGG生物通路分类。从差异基因中精选出24个显著差异基因进行了RT-qPCR验证,结果与转录组分析结果保持一致,证实了转录组测序结果的准确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 土壤重金属的来源与危害
•     1.1.1 土壤重金属的来源
•     1.1.2 土壤重金属的危害
•   1.2 土壤重金属污染的修复技术
•     1.2.1 物理修复
•     1.2.2 化学修复
•     1.2.3 生物修复
•   1.3 本课题的研究内容、创新点和研究意义
•     1.3.1 本课题的研究内容
•     1.3.2 本课题的创新点
•     1.3.3 本课题的研究意义
•     1.3.4 主要研究路线
• 第二章 重金属耐性菌株的筛选
•   2.1 引言
•   2.2 材料与方法
•     2.2.1 实验仪器设备
•     2.2.2 主要培养基及试剂
•   2.3 抗、耐重金属菌株的分离
•     2.3.1 重金属污染土样采集
•     2.3.2 培养基的制备
•     2.3.3 菌株的筛选与纯化
•     2.3.4 耐高浓度重金属菌株的分离
•   2.4 菌株的鉴定
•     2.4.1 细菌的生理生化鉴定
•     2.4.2 细菌的分子系统学鉴定
•   2.5 结果与分析
•     2.5.1 重金属污染土样的采集
•     2.5.2 抗、耐重金属菌株的分离
•     2.5.3 耐高浓度重金属菌株的分离
•     2.5.4 目的菌株的生理生化鉴定
•     2.5.5 目的菌株的分子系统学鉴定
•   2.6 本章小结
• 第三章 目的菌株的生长曲线及其表征
•   3.1 引言
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 实验仪器设备
•     3.2.2 主要培养基及试剂
•   3.3 目的菌株生长曲线测定
•     3.3.1 菌株随时间变化的生长曲线测定
•     3.3.2 菌株随温度变化的生长曲线测定
•     3.3.3 菌株随pH变化的生长曲线测定
•     3.3.4 菌株对锰的生长曲线测定
•     3.3.5 菌株对镉的生长曲线测定
•     3.3.6 菌株对锌的生长曲线测定
•     3.3.7 菌株对铅的生长曲线测定
•     3.3.8 菌株对铬的生长曲线测定
•     3.3.9 菌株对铜的生长曲线测定
•   3.4 表征分析
•     3.4.1 扫描电镜能谱和透射电镜样品制备
•     3.4.2 红外光谱样品制备
•     3.4.3 X射线衍射和X射线光电子能谱样品制备
•   3.5 结果与分析
•     3.5.1 菌株的生长曲线测定结果
•     3.5.2 菌株最适温度的测定结果
•     3.5.3 菌株最适pH值的测定结果
•     3.5.4 菌株17QA6的锰最低抑菌浓度（MIC）
•     3.5.5 菌株17QA6的镉最低抑菌浓度（MIC）
•     3.5.6 菌株17QA6的锌最低抑菌浓度（MIC）
•     3.5.7 菌株17QA6的铅最低抑菌浓度（MIC）
•     3.5.8 菌株17QA6的铬最低抑菌浓度（MIC）
•     3.5.9 菌株17QA6的铜最低抑菌浓度（MIC）
•     3.5.10 扫描电镜能谱和透射电镜分析
•     3.5.11 红外光谱分析
•     3.5.12 XRD和 XPS分析
•   3.6 本章小结
• 第四章 重金属的吸附动力学分析和等温模型构建
•   4.1 引言
•   4.2 材料与方法
•     4.2.1 实验仪器设备
•     4.2.2 实验材料
•   4.3 菌株吸附重金属的影响因素
•     4.3.1 pH对菌株吸附重金属的影响
•     4.3.2 初始重金属浓度对菌株吸附重金属的影响
•   4.4 菌株对重金属的吸附试验
•     4.4.1 菌株对重金属的吸附动力学曲线的测定
•     4.4.2 菌株对重金属的吸附等温模型构建
•     4.4.3 菌株对重金属吸附的热力学分析
•     4.4.4 有毒重金属污染土壤的生物淋洗
•   4.5 结果与分析
•     4.5.1 pH对菌株吸附重金属的影响曲线
•     4.5.2 初始重金属浓度对菌株吸附重金属的影响曲线
•     4.5.3 菌株对重金属的吸附动力学曲线
•     4.5.4 菌株对重金属的吸附等温曲线
•     4.5.5 菌株对重金属吸附的热力学
•     4.5.6 菌株对重金属吸附机理
•     4.5.7 有毒重金属污染土壤的生物淋洗结果分析
•   4.6 本章小结
• 第五章 菌株转录调控分子机理的初步研究
•   5.1 引言
•   5.2 材料与方法
•     5.2.1 实验仪器和设备
•     5.2.2 实验培养基及试剂
•     5.2.3 菌株的转录组测序样品制备
•     5.2.4 RT-qPCR验证实验操作步骤
•   5.3 结果与分析
•     5.3.1 菌株的全基因组和转录组测序结果分析
•     5.3.2 RT-qPCR验证结果分析
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李如意

导师: 汤建新,李丁

关键词: 普罗威登斯菌属,生物吸附,等温模型,生物淋洗,转录组测序

来源: 湖南工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 湖南工业大学

分类号: X172;X53;Q933

总页数: 85

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