Cd(Ⅱ)胁迫下Pseudomonas aeruginosa与Alcaligenes faecalis EPS特性及其吸附性能研究
细菌的胞外聚合物（EPS）由于其对水体中重金属离子有极大的吸附潜力是当今国内外研究者广泛关注的一种新型生物吸附剂。产生EPS是微生物减缓或消除不利影响的一种自我保护机制，而其中的蛋白组分发挥着十分重要的作用。在自然界较为常见的重金属中，镉对细菌的生长具有较高的毒性，对细菌产生EPS的胁迫作用较强。本研究选取两种典型的革兰氏阴性菌Pseudomonasaeruginosa以及Alcaligenesfaecalis，探究在不同浓度Cd(Ⅱ)胁迫条件下不同细菌表面EPS的组分尤其是蛋白组分的变化，分析其中蛋白组分、多糖组分以及蛋白质/多糖与吸附量之间的相关性，并使用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、三维荧光光谱（3D-EEM）以及X射线光电子能谱（XPS）进一步对细菌表面形态、EPS中的官能团、组分以及元素形态的变化进行了表征分析，深入探讨了细菌表面EPS特性与重金属吸附性能之间的关系。最后选取胁迫效果更为明显的PseudomonasaeruginosaEPS探究不同吸附条件对EPS吸附性能的影响。主要结论如下： （1）不同浓度的Cd(Ⅱ)胁迫条件下，Alcaligenesfaecalis与PseudomonasaeruginosaEPS总量分别在Cd(Ⅱ)胁迫浓度20mg/L和50mg/L时取得最大值111.71mg/gVSS和214.96mg/gVSS，其中蛋白组分的含量变化规律与之相近且最为显著，胁迫最佳点较胁迫前分别增加了60.38%和409.69%，Cd(Ⅱ)对两种菌株EPS的调控效果Pseudomonasaeruginosa较Alcaligenesfaecalis更佳。 （2）胁迫前后Alcaligenesfaecalis与PseudomonasaeruginosaEPS分别在Cd(Ⅱ)胁迫浓度20mg/L和50mg/L时取得最佳吸附量208.33mg/g和232.45mg/g，PseudomonasaeruginosaEPS的吸附效果更佳。蛋白组分含量与吸附量之间相关性最高，PseudomonasaeruginosaEPS蛋白组分含量与吸附量之间相关性达到0.7914。 （3）SEM对细菌表面形态观察结果显示两种菌株的表面絮状物胁迫后均较胁迫前更多，其中Pseudomonasaeruginosa胁迫前后对比更加明显，且胁迫后Pseudomonasaeruginosa表面絮状物较Alcaligenesfaecalis更多，另外，两种菌株EPS提取后细胞完整性较好，说明了EPS加热提取法的可行性。 （4）FTIR结果表明EPS中含有-OH、C-N、N-H、-COOH和C=O等与重金属离子亲和力强的官能团且Pseudomonasaeruginosa胁迫后EPS中官能团含量与种类最为丰富；3D-EEM结果表明Pseudomonasaeruginosa胁迫前后EPS荧光强度变化显著且其胁迫后EPS中的蛋白组分含量最高；XPS结果表明两种菌株胁迫前后EPS的元素形态均有所改变，Pseudomonasaeruginosa胁迫后EPS中的功能性官能团如C=O、C-OH和R-NH2基团增加更多。 （5）选取胁迫效果更为明显的PseudomonasaeruginosaEPS探究不同吸附条件对EPS吸附性能的影响，结果显示反应温度对吸附剂的吸附效果影响较小而反应pH值对吸附剂的吸附效果影响较大，胁迫前后EPS在反应时间到达20min时均可达到吸附平衡且符合准二级动力学规律，Langmuir模型拟合计算得到Control-EPS、Cd-EPS对Cd(Ⅱ)的理论最大吸附量分别为1010.65mg/g和1663.34mg/g，说明该菌株EPS是一种吸附性能良好的生物吸附剂且胁迫后的EPS具有更好的吸附潜力。
水体污染;重金属离子;革兰氏阴性菌;胞外聚合物;吸附性能
广东工业大学
硕士
环境工程
宋卫锋;张兴华
2021
中文
X52
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）