伯克霍尔德菌GYP1对镉的生物积累及其耐镉机制研究

论文摘要

重金属污染是国家工业化发展进程中难以避免的环境问题,其中镉作为毒性最强的重金属之一,严重威胁了生态系统安全和人类健康。本文以课题组前期在受污染农田中筛选的洋葱伯克霍尔德菌Burkholderia cepacia GYP1为研究对象,研究了其对重金属镉的耐受性能、寡营养条件下的镉积累能力及其应对镉胁迫的微观机制和分子机制,论文取得的主要研究成果如下:（1）研究表明驯化后的GYP1能够耐受高浓度的Cd2+,最高可在含1000 mg/L Cd2+的LB液体培养基中生长,且耐受多种重金属,其耐受能力表现为:Cu>Pb>Ni≈Zn>Cr>Cd>Co。此外GYP1具有很强的镉积累能力,pH=6时,GYP1对100 mg/L Cd2+的积累量为84.45 mg/g（干重）,Cd2+初始浓度升高至200 mg/L时达到最高积累量,为116.60 mg/g,而pH（3-6）对GYP1的镉积累能力影响不大,表明GYP1有较强的环境适应性。（2）通过不同的表征手段研究了寡营养条件下GYP1积累镉的机制。对细菌表面Zeta电位的分析表明静电吸附在细菌积累镉,特别是在初始阶段的快速吸附过程中发挥了重要作用。ATR-FTIR分析结果说明了细胞外膜或EPS中所含的丰富的羧基、氨基、磷酰基等官能团配位参与了镉的积累。流式细胞术（FCM）结果证明GYP1与Cd2+作用7天内,绝大多数细胞都可以维持完整的细胞结构,此外,SEM-EDS、TEM-mapping观察到了细菌表面的胞外分泌物（EPS）,并且在细胞内外均检测到了镉信号。进一步测定Cd2+在亚细胞结构的分布显示,当Cd2+初始浓度为100 mg/L时,GYP1对镉的吸收和分布随镉积累量的增加而变化,1 d内Cd2+主要积累在胞外,同时胞内积累量不断增加,2 d后胞内积累量基本保持稳定,此时镉的去除则与细胞分泌的EPS有关且以胞外积累为主,而在低Cd2+浓度（≤20 mg/L）时则以胞内积累为主。（3）采用iTRAQ技术分析了镉胁迫前后GYP1蛋白质的表达差异。相比对照组（水）,镉胁迫7 d后GYP1细胞中的差异表达蛋白有561个,其中284个蛋白表达上调,277个蛋白表达下调。镉胁迫导致GYP1促进了Cd2+/Zn2+外排ATP酶和Ⅵ型蛋白分泌系统的表达,从而促进了胞内镉外排及可固定胞外镉的EPS的分泌,同时GYP1细胞促进了谷胱甘肽硫转移酶的表达,加强了Cd2+与谷胱甘肽的络合从而缓解胞内镉毒性。细胞还通过上调抗氧化系统、DNA修复系统和下调氧化磷酸化过程以降低镉胁迫诱导引起的氧化压力。此外为了给镉胁迫下的细胞提供物质基础和能量基础,细胞加快了糖酵解途径、三羧酸循环、磷酸戊糖途径、嘌呤和嘧啶代谢、氨基酸代谢等生理过程,进而提高了其对镉的耐受性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 重金属镉污染概述
•   1.2 镉污染的微生物修复及其机制
•     1.2.1 表面吸附
•     1.2.2 胞外聚合物络合或捕获
•     1.2.3 金属络合物结合
•     1.2.4 微生物矿化
•   1.3 微生物耐镉的蛋白组学研究
•     1.3.1 蛋白组学概述
•     1.3.2 微生物重金属耐受机制的相关蛋白组学研究
•   1.4 选题依据及研究内容
•     1.4.1 选题依据
•     1.4.2 研究内容
•     1.4.3 技术路线图
• 第二章 B.cepacia GYP1 的驯化及其耐镉能力
•   2.1 实验材料与仪器
•     2.1.1 实验菌种及培养基
•     2.1.2 主要实验仪器
•   2.2 实验方法与步骤
• 2+的驯化'>    2.2.1 B.cepacia GYP1 耐受重金属Cd²⁺的驯化
• 2+浓度下B.cepacia GYP1 生长曲线的测定'>    2.2.2 不同初始Cd²⁺浓度下B.cepacia GYP1 生长曲线的测定
•     2.2.3 不同金属离子下B.cepacia GYP1 生长曲线的测定
• 2+定量分析方法'>    2.2.4 Cd²⁺定量分析方法
•     2.2.5 不同条件下B cepacia GYP1 对镉的生物积累量的测定
•     2.2.6 数据统计分析
•   2.3 结果与讨论
• 2+浓度下B. cepacia GYP1 的生长曲线'>    2.3.1 不同初始Cd²⁺浓度下B. cepacia GYP1 的生长曲线
•     2.3.2 不同金属离子下B. cepacia GYP1 的生长曲线
• 2+浓度下B. cepacia GYP1 对镉的生物积累'>    2.3.3 不同Cd²⁺浓度下B. cepacia GYP1 对镉的生物积累
•     2.3.4 不同pH下B. cepacia GYP1 对镉的生物积累
•     2.3.5 B. cepacia GYP1 与其他微生物对镉积累能力的对比
•   2.4 本章小结
• 第三章 镉胁迫下B. cepacia GYP1 的变化及镉的分布
•   3.1 实验材料与仪器
•     3.1.1 主要实验试剂
•     3.1.2 主要实验仪器
•   3.2 实验方法与步骤
•     3.2.1 B. cepacia GYP1 表面Zeta电位的测定
•     3.2.2 B. cepacia GYP1 细胞表面官能团分析
•     3.2.3 流式细胞仪检测B. cepacia GYP1 的细胞活性
• 2+作用后的显微成像观察'>    3.2.4 B. cepacia GYP1 与Cd²⁺作用后的显微成像观察
• 2+吸附量的测定'>    3.2.5 B. cepacia GYP1 失活细胞对Cd²⁺吸附量的测定
• 2+在B. cepacia GYP1 亚细胞结构分布的检测方法'>    3.2.6 Cd²⁺在B. cepacia GYP1 亚细胞结构分布的检测方法
•     3.2.7 数据统计分析
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 B. cepacia GYP1 细胞表面Zeta电位分析
•     3.3.2 B. cepacia GYP1 细胞表面官能团的ATR-FTIR分析
•     3.3.3 镉胁迫对B. cepacia GYP1 细胞活性的影响
• 2+作用后的形态变化'>    3.3.4 B. cepacia GYP1 与Cd²⁺作用后的形态变化
• 2+的吸附'>    3.3.5 B. cepacia GYP1 失活细胞对Cd²⁺的吸附
•     3.3.6 镉在B. cepacia GYP1 亚细胞结构的分布
•     3.3.7 B. cepacia GYP1 应对镉胁迫的机制
•   3.4 本章小结
• 第四章 镉胁迫下B. cepacia GYP1 的蛋白组学研究
•   4.1 实验材料与仪器
•     4.1.1 主要实验试剂
•     4.1.2 主要实验仪器
•   4.2 实验方法与步骤
•     4.2.1 B. cepacia GYP1 的培养
•     4.2.2 蛋白质提取及纯化
•     4.2.3 蛋白质定量
•     4.2.4 蛋白酶解
•     4.2.5 i TRAQ试剂标记
•     4.2.6 肽段组分分离
•     4.2.7 肽段质谱鉴定
•     4.2.8 数据检索
•     4.2.9 差异蛋白生物信息学分析
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 B. cepacia GYP1 总蛋白提取及鉴定
•     4.3.2 镉胁迫对B. cepacia GYP1 蛋白表达的影响
•     4.3.3 差异表达蛋白的GO功能分类
•     4.3.4 差异表达蛋白的KEGG代谢通路分析
•     4.3.5 镉胁迫下B. cepacia GYP1 的关键蛋白分析
•   4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张俊慧

导师: 郭楚玲

关键词: 洋葱伯克霍尔德菌,生物积累,亚细胞结构分布,蛋白组学

来源: 华南理工大学

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,环境科学与资源利用

单位: 华南理工大学

分类号: X50;X172

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.002831

总页数: 89

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