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重金属污染是世界普遍存在的环境问题。在修复和治理重金属污染的研究中,微生物修复治理是一条有效和生态的途径,其中一个重要的工作基础是在环境中筛选和获得能耐受和高富集重金属的微生物,在此基础上进一步优化而达到修复和治理环境中重金属的作用。现代微生物学和分子生物学技术的蓬勃发展为此方面的研究提供了高效的便利的手段。目前相关研究的一个重点仍在于获得重金属高耐受和富集的细菌,并试图从其机理上有所突破和利用。
本研究主要是从重金属污染的环境中采用Cd2+浓度梯度递增法、极限培养基培养和紫外诱变等方法筛选重金属Cd2+高耐受和富集的菌株,采用PCR和16SrDNA序列分析对细菌进行初步鉴定和分析,然后通过重金属Cd2+添加处理实验,测定其对重金属的耐受和富集能力,最后对筛选所得的细菌进行培养条件(温度、pH等)的优化,以期为Cd2+修复工程菌的制备和环境重金属Cd2+的修复建立基础。
实验方法主要是应用不同的筛选和优化方法得到重金属Cd2+高耐受和富集的菌株,通过PCR扩增对菌株进行16S rDNA序列分析,将测定的序列提交GeneBank数据库,与数据库中已有的DNA序列进行blastn相似性比对,从而对其进行初步鉴定。在此基础上测定和分析获得的重金属Cd2+高耐受和富集细菌对Cd2+的吸收和耐受能力。
实验结果显示:
经过前述三种方法筛选得到三株菌株,其耐受重金属Cd2+浓度在固体培养基上达到150mmol/L,液体培养基里面达到40mmol/L。经16S rDNA序列分析初步确定其中两株细菌为同一种细菌(腐败希瓦菌 Shewanella putrefaciens),另外一株为假单胞菌(Pseudomonas sp.)。对细菌作高耐受和富集测定及与对照大肠杆菌pop6510比较分析得出,两种菌对重金属的耐受和富集浓度均远高于大肠杆菌pop6510,富集倍数分别达到15倍和6倍。在不同温度、pH和Cd2+浓度下对这两种细菌优化培养条件测定确定,其最适宜生长的温度为30℃,最适pH为7.2,重金属半数致死浓度为40mmol/L。
通过以上工作,初步获得以下结论:
通过Cd2+浓度梯度递增方法对细菌的筛选是行之有效的方法,可缩短筛选的进程。紫外诱变得到一株细菌,在诱变实验中存活率低,但在耐受和富集测定实验中长势良好。
通过16S rDNA序列分析鉴定细菌的种类是一种简便快捷的方法。通过PCR扩增和测定细菌的16S rDNA的序列,直接与GeneBank中已知序列进行比对即可初步鉴定菌种。GeneBank丰富的细菌数据库资源为环境细菌的分析和鉴定开辟了一条重要和简便的有效途径。初步鉴定本实验所筛选得到的细菌为腐败希瓦菌(Shewanella putrefaciens)和假单胞菌(Pseudomonas sp.)。
通过细菌的重金属耐受和富集测定,获得的两种细菌在LB固体培养基上耐受重金属Cd2+浓度达到150mmol/L,液体培养基达到40mmol/L。与大肠杆菌pop6510相比,其耐受重金属Cd2+浓度高于大肠杆菌pop6510,其重金属吸收值显著高于对照菌株。
从细菌生长曲线可见Cd2+浓度和温度及pH等因素对细菌的生长有明显的影响。随着Cd2+浓度的增加,其延滞期时间越长,细菌生物量减少。温度越低,生长越缓慢,其最适生长温度为30℃,pH值为7.2。