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铬(Cr)是一种在自然环境中广泛分布的有毒重金属,以不同的价态形成的氧化物的形式存在。由于物理、化学和生物的特殊特性,铬在水中的溶解度很高,最稳定的形式是Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ),Cr(Ⅵ)对生物细胞具有高毒性,是生物有机体器官的致癌物质。相比之下,Cr(Ⅲ)比Cr(Ⅵ)毒性和诱变性低。此外,Cr(Ⅲ)是人体必需的微量营养素。因此,消除环境中的铬污染可集中将高毒易溶的Cr(Ⅵ)还原为低毒难溶的Cr(Ⅲ)。相对物理-化学高成本、高能量以及二次污染的缺点,微生物法被认为是一种绿色、低成本的有效途径。基于这种处理优势,本研究对酵母菌还原Cr(Ⅵ)的特性及机理展开了系统的研究,并得出以下重要结论:本研究以Cr(Ⅵ)为筛选剂,通过逐级驯化从长期喂食聚乙烯塑料印度谷螟(Plodiai interpunctella(Hubener))幼虫的肠道液中分离筛选出1株能还原Cr(Ⅵ)的酵母菌ZJH-1,通过形态特征和分子生物学鉴定表明该菌株为季也蒙毕赤酵母菌(Pichia guilliermondii);该菌株对Cr(Ⅵ)的最小抑菌浓度(MIC)为固体培养基1 7 mmol/L和液体培养基33 mmol/L;在含有50 mg/L Cr(Ⅵ)的条件下,对其他重金属的MIC分别为Cu(Ⅱ)13 mmol/L、Pb(Ⅱ)6mmol/L、Ag(Ⅰ)4mmol/l 1/L、Mn(Ⅱ)]6 mmol/L、Ni(Ⅱ)3 mmol/L、Co(Ⅱ)3mmol/L、Cd(Ⅱ)0.9 mmol/L和Hg(Ⅱ)0.2 mmol/L;菌株ZJH-1还原Cr(Ⅵ)的最佳pH和温度分别为9.0和40℃;接种量为8%时,Cr(Ⅵ)的还原效果最佳;当葡萄糖作为供电子体时,48h内可完全还原Cr(Ⅵ);Cu(Ⅱ)能够有效促进菌株还原Cr(Ⅵ)的效率。在上述研究基础上,进一步针对ZJH-1对Cr(Ⅵ)的抗性,研究了菌株ZJH-1抗氧化系统与不同浓度Cr(Ⅵ)之间的关系。研究表明:ZJH-1在还原不同浓度Cr(Ⅵ)的过程中伴随着活性氧(ROS)的增加、抗氧化酶(SOD、POD、GR和CAT)活性呈钟形曲线变化以及丙二醛(MDA)含量随Cr(Ⅵ)浓度的升高而升高。最后通过透性化细胞、无细胞提取物(CFE)和细胞碎片还原Cr(Ⅵ)对铬酸盐还原酶(CChR)进行定位,进一步探究ZJH-1还原Cr(Ⅵ)的机理,结果表明:CChR主要位于CFE;通过分析菌体的红外吸收光谱(FTIR)和CFE的紫外全波长扫描,分析表明细胞壁和CFE的羧基、酰胺、氢氧根等基团通过与Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)络合,参与Cr(Ⅵ)的生物修复;CFE的SDS-PAGE电泳图可知:菌株ZJH-1经不同浓度Cr(Ⅵ)处理后,分子量为15 kDa、18 kDa、35 kDa、62kDa和115 kDa的蛋白质表达量显著增加,说明ZJH-1还原Cr(Ⅵ)依赖于酵母菌分泌酶;以Cr(Ⅵ)为还原底物,CChR的最适温度范围为40℃,最适pH为7.0,Cu2+有增强CChR活性的作用;在最适温度和最适pH下,该菌株的CChR 的 IKm 为 0.40 μmol,Vmax 为 14.48 μmol/L/min。