（环境工程专业论文）细菌pannonibacter+sp还原crⅥ的特性及其基因表征研究.pdf

原创性声明 i l lll l l jiiilli i i i iii i1 1 1 1 1 i y 1718 8 7 9 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 作者签名：二弛 日期：丛止年月乒日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位 论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用 复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所 将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。 日期：丝! 年月土日 摘要 铬被广泛用于皮革制造、电解电镀和染料制造等行业，创造了巨大的 经济效益，同时给环境带来严重污染。其中六价铬能致畸、致癌和致突变， 是国际公认的八大危险废物之一，因此铬污染的治理一直是环保领域的重 大课题。传统的物理化学方法，处理成本昂贵且产生二次污染，因此，生 物法治理铬污染具有非常广阔的应用前景。 本研究从铬污染土壤中分离得到一株高效铬还原菌。经形态和生理生 化特征分析及16 sr d n a 序列比对，鉴定为p a n n o n i b a c t e rs p 。通过对该 细菌还原铬性能及分子生化研究，为利用该细菌治理铬污染提供实际指 导，同时为制造高效还原的工程菌及建立该菌的基因文库奠定基础。 对细菌p a n n o n i b a c t e rs p 的静息细胞的六价铬还原特性进行详细深入 研究，研究结果表明，含铬培养基培养和不含铬培养基培养的体系中，得 到的p a n n o n i b a c t e rs p 菌静息细胞均能高效还原六价铬，且还原速率基本 相同；p a n n o n i b a c t e rs p 的生长需要氧气，但氧气抑制其静息细胞的还原 能力。还原过程无营养源存在时，厌氧条件下反应速率最快，兼性条件次 之，富氧条件下p a n n o n i b a c t e rs p 菌几乎不能还原六价铬；外加营养源能 改变p a n n o n i b a c t e rs p 菌静息细胞还原c r ( v i ) 的速率，在厌氧条件下，乳 酸钠与葡萄糖对还原的促进作用基本相同，而在富氧条件下，葡萄糖对还 原的促进作用很小；p a n n o n i b a c t e rs p 菌静息细胞通过团聚，相互协作还 原c r ( v i ) 。 对该菌株六价铬还原酶的性质及还原机制进行了初步的研究，研究结 果表明，细菌的细胞壁膜能阻止六价铬进入细胞，是六价铬发生还原的主 要场所，其通透性的改变将影响六价铬还原酶的作用，该菌株六价铬还原 酶为非分泌型，在细菌细胞内侧发生作用。 提取基因组d n a 发现基因组d n a 只有一条带，且对p a n n o n i b a c t e rs p 菌和e ，f 同时提取质粒，检测不到d n a 分子，结合k a n 抗生素抗性基因 克隆，表明p a n n o n i b a c t e rs p 菌没有质粒，p a n n o n i b a c t e rs p 菌六价铬还原 基因位于基因组d n a 上。 关键词p a n n o n i b a c t e rs p ，六价铬还原，静息细胞，铬还原酶，微生物 鉴定，还原机制 a b s t r a c t c h r o m i u m ，w i d e l y u s e di n i n d u r s t r yi n c l u d i n g l e a t h e r t a n n i n g ， e l e c t r o p l a t i n g ，p a i n tp i g m e n t sa n dd y em a n u f a c t u r i n g ，h a sc a u s e ds e r i o u s e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n c r ( v i ) i so n eo ft h em o s ts e r i o u sp o l l u t a n t sb e c a u s e o fi t s c a r c i n o g e n i c i t y , t e r a t o g e n i c i t y a n dm u t a g e n i c i t y ，t h e r e f o r e ，t h e r e m e d i a t i o no fc h r o m i u mp o l l u t i o ni sa c h a l l e n g i n gp r o b l e mf a c i n g e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na l lo v e rt h ew o r l d h o w e v e r , c o n v e n t i o n a lp h y s i c a l a n dc h e m i c a lm e t h o d sa r ee x p e n s i v ea n dr e s u l ti ns e c o n d a r yp o l l u t i o n a t p r e s e n t ，b i o r e m e d i a t i o nh a sb e c o m eo n eo ft h em o s tp r o m o s i n gt e c h n i q u e si n c h r o m a t ec o n t a m i n a t i o nt r e a t m e n t i nt h i ss t u d y , a ne f f e ：c t i v ec r ( v i 、) r e d u c t i o ns t r a i nw a si s o l a t e df r o m c r ( v 1 ) c o n t a m i n a t e ds o i l t h es t r a i nw a si d e n t i f i e da sp a n n o n i b a c t e rs p b a s e do ni t sm o r p h o l o g i c a la n dp h y s i o l o g i c a l b i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n d t h e s e q u e n c ea n a l y s i s o f1 6 sr d n a i no r d e rt o p r o v i d eg u i d a n c ef o r e n g i n e e r i n g ，w es t u d i e dt h er e d u c t i o no f t h er e s t i n gc e l l so fp a n n o n i b a c t e r s p a n dt h er e s e a r c ho f c h r o m a t er e d u c t a s ew a sp r o v i d e df o u n d a t i o nf o r p r o d u c i n ge f f e c t i v er e d u c t i o ne n g i n e e r i n gb a c t e r i aa n dc o n s t r u c t i n gg e n e b a n k t h er e d u c t i o no ft h er e s t i n gc e l l so f p a n n o n i b a c t e rs p w e r ei n v e s t i g a t e d ， a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tb o t ht h er e s t i n gc e l l sc u l t u r e di nc r ( v i ) 一c o n t a i n i n g a n dc r ( v i ) 一f r e ec u l t u r em e d i u mc a ne f f e c t i v l yr e d u c ec r ( v i ) ，a l m o s tw i t ht h e s a m er e d u c t i o nr a t e s ；t h er e d u c t i b i l i t yo ft h er e s t i n gc e l l si s s u p p r e s s e db y o x y g e nw h i c hi se s s e n t i a lf o rg r o w t ho ft h es t r a i no fp a n n o n i b a c t e rs p w i t h o u tn u t r i e n ts o u r c e ，t h er e s t i n gc e l l si na n a e r o b i cc o n d i t i o nr e d u c ec r ( v i ) f a s t ，a n dh a st h eg r e a t e rr e d u c t i o nr a t et h a nt h a to fr e s t i n gc e l l si na e r o b i c c o n d i t i o n ，w h i c hc a nh a r d l yr e d u c ec r ( v i ) m o r e o v e r ，t h er e d u c t i b i l i t yo ft h e r e s t i n gc e l l sc a nb ee n h a n c e db yt h ea d d i t i o no fs o m en u t r i e n t s ( 1 i k eg l u c o s e o rs o d i u ml a c t a t e ) i na n a e r o b i cc o n d i t i o n ，t h er e d u c t i o nr a t ew a si n c r e a s e db y t h eg l u c o s ea n ds o d i u ml a c t a t ea tt h es a m el e v e l ，w h i l et h eg l u c o s ea l m o s t c a n n o tp r o m o t et h er e d u c t i o no fc r ( v i ) t oc r ( i i i ) i ti sl i k e l yt h a tt h er e s t i n g c e l l so fp a n n o n i b a c t e rs p r e d u c ec r ( v i ) t oc r ( i i i ) b ya g g r e g a t i o na n d c o o r d i n a t i o n t h ec h a r a c t e r i s t i c so fc r ( v i ) r e d u c t a s ew a ss t u d i e da n dt h em e c h a n i s m s a c c o u n tf o rc r ( v i ) r e d u c t i o nw e r ea l s od i c c u s s e d i tw a ss h o w nt h a tc e l l u l a r w a l l sa n dm e m b r a n e sw e r et h em a i ns i t e sw h e r eh e x a v a e n tc h r o m i u m r e d u c t i o nt o o kp l a c e ，a n dc h a n g e si nt h ep e r m e a b i l i t yo fc e l l u l a rw a l l sa n d m e m b r a n e sw o u l da f f e c tt h e r e d u c t i b i l i t y o fh e x a v a l e n tc h r o m i u m r e d u c t a s e t h er e d u c t a s ei sn o n s e c r e t i v ea n da c t so ni n s i d et h el i v i n gc e l l t h eg e n o m ed n aa n dp l a s m i dw e r ee x t r a t e df r o mp a n n o n i b a c t e rs p a n d e c o l i i nt h i ss t u d y c o m b i n e dw i t ht h ec l o n eo fk a n a m y c i nr e s i s t a n c eg e n e i t w a sc o n c l u d e dt h a tt h es t r a i no fp a n n o n i b a c t e rs p h a sn op l a s m i da n dt h e c h r o m a t er e d u c t a s eg e n ei sl o c a t e di nt h eg e n o m ed n a k e yw o r d sp a n n o n i b a c t e rs p ，h e x a v a l e n tc h r o m i u mr e d u c t i o n ，r e s t i n g c e l l s ，m i c r o b i o l o g i c a la s s a y ，h e x a v a l e n tc h r o m i u mr e d u c t a s e ，r e d u c t i o n m e c h a n i s m i i i 目录 摘要i a b s t r a c t 一i i 第一章文献综述1 1 1 铬污染及危害l 1 1 1 铬的性质1 1 1 2 铬污染现状一2 1 1 3 铬的危害3 1 2 微生物还原c r ( v i ) 4 1 2 1 初始铬浓度的影响4 1 2 2 碳源的影响5 1 2 3p h 和温度的影响5 1 2 4 溶解氧的影响一6 1 2 5 无机盐和重金属的影响6 1 3 微生物还原c r ( v i ) 的作用机理7 1 3 1 铬还原酶7 1 3 2 直接作用机理一8 1 3 3 间接作用机理9 1 4 研究内容lo 第二章铬还原菌生理生化特性研究及菌属鉴定1 l 2 1 前言11 2 2 材料与方法1 1 2 2 1 材料1 1 2 2 2l6 sr d n a 1 1 2 2 3 同源分析及系统发育树的建立1 2 2 2 4 铬还原菌形态观察1 2 2 2 5 生理特征观察13 2 2 6 生化特征考察一14 2 3 实验结果l8 2 3 1l6 sr d n a 测序结果18 2 3 216 sr d n a 序列分析19 2 3 3 菌株的系统发育分析2 0 2 3 4 铬还原菌形态特征一2 1 2 3 5 铬还原菌生长温度及耐热性2 2 2 3 6p h 值对铬还原菌生长影响2 2 2 3 7 溶解氧对铬还原菌生长影响2 3 2 - 3 8 铬还原菌抗生素敏感性2 4 2 3 9 耐盐性和需盐性。2 5 2 3 1 0 铬还原菌生化特征2 6 2 3 1 l 铬还原菌生理生化特征分析2 6 2 4 小结2 8 第三章p a n o n n i b a c 胞rs p 还原特性研究2 9 3 1 引言2 9 3 2 材料和方法2 9 3 2 1 菌种及培养基2 9 3 2 2 实验仪器及试剂2 9 3 2 3 生长曲线的测定3 l 3 2 4 溶解氧对p a n n o n 汤a c t e rs p 菌静息细胞还原六价铬3 l 3 2 5 生长时间对p a n n o n i b a c t e rs p 菌静息细胞还原六价铬3 1 3 2 6 营养源对p a n n o n i b a c t e rs p 菌静息细胞还原六价铬3 l 3 2 7 分析方法一3 2 3 3 实验结果3 3 3 3 1p a n n o n i b a c t e rs p 菌生长曲线3 3 3 3 2 溶解氧对p a n n o n i b a c t e rs p 菌的静息细胞还原六价铬的影响3 4 3 3 3 生长时间对p a n n o n i b a c 纪rs p 菌的静息细胞还原六价铬的影响3 5 3 3 4 营养源对p a n n o n i b a c t e rs p 菌静息细胞还原六价铬的影响3 6 3 3 5p a n n o n i b a c t e rs p 菌静息细胞还原铬形态表征3 7 3 4 讨论3 8 3 5 小结4 1 第四章p a n n o n i b a c t e rs p 铬还原酶定位及特性研究4 2 4 1 前言4 2 4 2 材料与方法。4 2 4 2 1 基因组d n a 提取4 2 4 2 2 总d n a 提取一4 3 4 2 3 质粒检测4 4 4 2 4p c r 扩增及产物纯化检测4 5 4 2 5 细菌细胞内外总铬测定4 6 4 2 6 铬还原酶检测4 6 4 2 7 胞内提取物s 1 2 还原c r ( v i ) 一4 6 4 3 实验结果一4 7 4 3 1 基因组d n a 和总d n a 4 7 4 3 2 质粒d n a 4 8 4 3 3 硫酸卡纳霉素抗性基因4 9 4 3 4 p a n n o n i b a c t e rs p 菌细胞内外总铬4 9 4 3 5p a n n o n i b a c t e rs p 菌细胞各组分还原铬5 0 4 3 6p h 值对胞内提取物$ 1 2 还原c r ( v i ) 影响5 l 4 4 讨论! ；1 4 5 小结一5 3 第五章结论与建议5 4 5 1 结论。5 4 5 2 建议。5 4 5 2 1 铬还原酶基因研究思路5 4 5 2 2 铬还原酶研究思路5 5 参考文献5 6 致谢。6 3 攻读硕士期间主要的研究成果6 4 硕士学位论文 第一章文献综述 1 1 铬污染及危害 1 1 1 铬的性质 第一章文献综述 铬，银白色金属，质硬而脆。铬常见的氧化态是o 、+ 2 、+ 3 和+ 6 价铬c r 2 + 是强还 原剂，在空气中不稳定，可被迅速氧化成c r 3 + ，因此，c r 2 + 在生物体内存在的可能性极 小。c r 3 + 是最稳定的氧化态【l 】，它易于形成化学活性极低的配位化合物，主要的铬化 合物是c r ：o 。和c r ( 0 h ) 。c r 6 + 是一种很强的氧化剂，主要与氧结合成铬酸盐和重铬酸盐。 在不同的氧化还原电位和p h 范围内，铬有不同的氧化状态及化学形式。p h 3 5 时，c r ( i i i ) 有不同的水合形式c r 0 h 2 + 、c r ( 0 h ) 2 + 、c r ( o h ) 3 0 和c r ( o h ) 。一，其中c r ( o h ) 。o 是唯一的沉淀固体状态，见图1 - 1 2 1 。 函 p h 图1 - 1 铬的e h p h 图 f i g1 - 1e h p hd i a g r a mo fc h r o m i u m 六价铬根据p h 不同，主要以h 2 c r 晚、h c r 0 4 一和c r 0 4 2 _ 的形式存在。p h l 时，主要以h ：c r 0 4 形态存在；l p h 6 o m ，主要以c r 0 4 2 一形态存在。当 铬浓度超过1 0 0 0 m g l 时，h c r 0 4 一会形成c r ：n 2 _ 。六价铬在不同环境条件下的存在形式， 见图卜2 【3 1 。 硕十学位论文 第一章文献综述 1 1 2 铬污染现状 图1 - 2c r ( v i ) 在不同环境条件下的存在形式 f i g1 - 21 1 1 ee x i s tf o r mo fc r ( v i ) i nd i f f e r e n te n v i r o n m e n t 铬为重要战略性资源，铬盐系列产品作为化工一轻工一高级合金材料的重要基础原 料，应用极其广泛，涉及国民经济1 5 的商品品种。环境中的铬污染主要来源于工业 生产中大量含铬废水、废气、废渣的排放。全世界年产约7 5 0 万吨铬，9 0 用于钢铁 生产，铬污染主要产生于铬矿的开采和冶炼，以及含铬化合物在电镀、鞣革、颜料、 合金、印染、胶印及农业上的应用。工业上对铬及其化合物需求量的增加使铬盐生产 迅速发展，由于我国铬盐行业采用资源、能源利用率低的有钙焙烧传统工艺，导致了 大量铬渣和含铬废气的产生。通常，每生产1 吨金属铬会排放约1 0 吨铬渣，每生产1 吨 铬盐排放2 5 - - - 3 吨高毒性铬渣【4 1 。目前我国有二十多家铬盐厂，全国每年铬盐生产能 力2 5 万吨，占全世界2 0 以上，已经成为世界铬盐生产第一大国。 铬酸钙( 致癌物) 和水溶性六价铬( 剧毒物) 是铬渣中的有害物质，且铬渣呈强 碱性，长期堆放于地表的铬渣被雨水淋洗冲刷后，有害物质对地表水、地下水造成严 重污染，甚至严重影响到当地居民的生产和生活。山西省平定县锁簧镇陈家庄村被关 闭的铬盐厂在堆放铬渣的地方腐蚀的1 0 0 多亩庄稼地绝收，产生的5 万余吨剧毒铬渣导 致泉水不能饮用。而制革、电镀、印染等工业排放的大量含铬废水严重超标，制革工 业中铬的利用率仅为6 0 - 7 0 ，废液中残存2 5 一3 0 ，约1 0 左右在水洗、挤水等工序中 排出，随污水排放到江、河、湖、海中，造成严重污梨5 1 。我国部分地表水体己受到 铬的严重污染，地下水铬污染也非常普遍，许多地方的地下水中c r ( v i ) 严重超标，如 锦州铁合金厂造成周围大范围的地下水被c r ( v i ) 严重污染，超过标准2 0 0 多倍，无法 饮用，包头第二化工厂产生的含铬废渣对包头市韩庆坝地区的地下水造成严重污染， 2 硕士学位论文第一章文献综述 c r ( v i ) 的质量浓度超标上千倍嘲。 1 1 3 铬的危害 环境中的三价铬由于不易进入细胞，因而被认为基本无毒，而六价铬易进入细胞 川。铬在生物体中的氧化还原作用，见图1 3 【8 1 。 i 广卞 i il ；一j i i ； l i ；： ； i： t b ，晶矿。士燃一精毒晶细粕s 嚣，喜 a n d 国内醇哼d 糟铂鑫2 却闰船x y a 。妇客p e p t i d e s 。二喇玉扛拍g 耘娜 钠i o l a t o蜘r o t e i n s 。 a i dp o s s i b t y p r o t e i n s d 菇j a m 骞j 删e x a s 型警篙鬈裂氟徊p 缃考卷 御d 狲敞 弛a ) 年c 科) 嗍脯q l + c 组l v ) c t v ) + o o v i 一泖+ i c 馥l l i c r ( v i + c r o t ) _ 娜c 琏= 1 1 ) ( a ) 铬的氧化还原转化；( b ) 相对稳定的各氧化状态复合物；( c ) 不同状态铬之间的化学反应 图1 - 3 铬在生物体中的氧化还原作用 f i g1 - 3t h eo x i d a t i o n - r e d u c t i o no fc h r o m a t ei no r g a n i s m c r ( v i ) 具有致癌和诱发基因突变的作用，通常有两种观点。( 一) 进入细胞的 六价铬还原为三价铬与细胞内大分子d n a 相结合，引起遗传密码的改变，进而引起细 胞的突变和癌变【9 】；( 二) 六价铬以铬酸根的形式渗入细胞，在细胞内还原成c r ( v ) 和c r ( ) 的过程中产生了大量的游离基诱导产生肿瘤。暴露于六价铬环境的细胞中 d n a 损伤的形成，包括链断裂，非碱基位点和c r ( i i i ) - - d n a 交连，被认为是六价铬诱 导致癌的主要原斟1 0 l 。 六价铬及其化合物有致癌作用，长期接触铬化合物可引起慢性中毒，它们可通过 消化道、呼吸道、皮肤、黏膜侵入人体。铬通过食物链在人体内积累，对人体健康产 生危害，引起一系列病变，如口腔粘膜增厚、水肿、上腹部疼痛、肝肿大，重者循环 衰竭、失去知觉，以致死亡。还可引起贫血、神经炎、肺纤维化、心肌病变、肝、肾 病变等等。一次性摄入过量，病人有很快中毒死亡的危险。c “v i ) 以蒸气或粉尘方式 通过呼吸道进入人体后，会引起鼻中服穿孔、肠胃疾患、白血球下降及类似哮喘的肺 部病变。当空气中铬酸醉的浓度达0 1 5 一o 3 1 m g m 3 时，就可使鼻中隔穿孔。皮肤接触 铬化物，可导致烧伤、接触性皮炎，还可引起愈合极慢的“铬疮”【l l 】。 3 硕士学位论文第一章文献综述 1 2 微生物还原c r ( v i ) 自2 0 世纪7 0 年代，科学家们发现一些微生物能够将含铬废水中的c r ( v i ) 还原 成c r ( 1 1 1 ) ，人们在微生物还原解毒c r ( v i ) 的领域罩做了很多研究。他们不断从铬 污染严重的地点，如铬渣堆放场、制革污水排放点、矿场以及电镀废水等，采集分离 到具有还原六价铬能力的细菌，不同细菌耐受和还原六价铬能力大小不一，种属多样， 主要有a c h r o m o b a c t e ，s p c h 1 f 1 2 1 、a r t h r o b a t e r 卸r e s c e i l s 【1 3 1 、b a c i l l u ss p 【14 1 、 c e l l u l o m o n a sf l a v i g e n d i1 川、d e s u l f o t o m a c u l u mr e d u c e r e ss p n o v m i 1t 川、e n t e r o b a c t e r c l o a c a eh 0 1 t r r 、e x i g u o b a c t e r i “ma u r a n t i a c u m 【1 引、m i c r o b a c t e r i u ms p m p 3 0 1 9 1 、 m i c r o c o c c u ss p s d c r - 4 【2 0 1 、o c h r o b a c t r u ms p 【2 l 】、o s c i l l a t o r i as p b j 2 2 2 1 、p r o v i d e n c i a s p 【2 3 1 、p s e u d o m o n a ss y n x a n t h a 1 8 】、r h o d o b a t e rs p h a e r o i d e s 2 4 1 、s t r e p t o m y c e sg r i s e u s t 2 5 】和 s y n e c h o c y s t i ss p 【2 2 1 。大部分铬还原菌还原的最适p h 为中性；以氧化亚铁硫杆菌为代 表的间接还原的铬还原菌，最适p h 为6 左右。除了大肠杆菌芽孢杆菌、硫杆菌以及 假单胞菌等种属的菌能在好氧条件下将六价铬还原之外，绝大多数种类的菌株都只能 在厌氧的情况下还原六价铬。 对细菌还原c r ( v i ) 影响较明显的因子主要包括：初始铬浓度、碳源、p h 值、 温度、溶解氧以及一些无机或有机的有毒有害物质的浓度。这些影响因子中无论哪一 个发生变化都会对细菌的生长代谢产生一定的影响，进而影响其还原效率，而影响的 程度主要视菌株的不同而不同。 1 2 i 初始铬浓度的影响 任何一种具有除c r ( v 1 ) f i 皂力的细菌对c r ( v 1 ) 都有一定的耐受范围，较高的c r ( v i ) 浓度会导致细菌细胞体的蛋白质变性，降低细菌体内一些和生长代谢有关的酶活性， 从而降低细胞的生存能力和代谢能力，影响细菌最终还原c r ( v i ) 的效果。如f u j i e t 2 6 j 等人研究e c l o a c ae 0 1 发现，e c l o a c ae 0 1 在c r ( v i ) 浓度为3 6m g l 的时候，细菌的 还原活性大大降低。c h a i 等人发现的a c h r o m b a c t e rs p c r ( v 1 ) 浓度达到1 2 0 0 p p m 时 其还原效率才有下降2 7 l 。大肠杆菌e c o l i3 3 4 5 6 还原c r ( v d 的速率随初始c r ( v i ) 浓度 的升高而加快，但其还原时间却也会随c r ( v i ) 初始浓度的升高而延长。荧光假单胞菌 p f l u o r e s c e n sl b 3 0 01 2 8 l 在初始c r ( v i ) 浓度为2 5m p a l 时，细菌的除c r ( v i ) 效率会大受 影响。因此，初始c r ( v i ) 浓度对各种细菌的影响程度是不同的，可能是因为各种菌株 对c r ( v i ) 的耐受机制是不同的，因此，控制细菌还原c r ( v d 的初始铬浓度对保持细菌 的除c r ( v i ) 最大能力起着至关重要的作用。 4 硕十学位论文第一章文献综述 1 2 2 碳源的影响 细菌还原c r ( v 1 ) 的过程中，合适的碳源不仅能为细菌生长代谢提供必需的营养物 质，促进细菌体的生长，而且还能在细菌还原c r ( v i ) 的过程中作为必要的电子供体， 促进细菌还原c r ( v i ) 。 醋酸盐、利尿酸、苹果酸盐、琥珀酸盐、甘油以及某些氨基酸的混合物都能为阴 沟肠杆菌e n t e r o b a c t e rc l o a c a eh 0 1 t 2 9 】还原c r ( v i ) 的良好的电子供体。而葡萄糖、柠檬 酸盐、丙酮酸赫和乳酸盐虽然能促进阴沟肠杆菌e n t e r o b a c t e rc l o a c a eh 0 1 的生长，但 是却不能增强其还原c r ( v i ) 能力。而且，k o m o r i f 3 0 】等人研究发现，相对于醋酸盐来说 e n t e r o b a c t e rd o a c a eh o i 在葡萄糖和丙酮酸盐中生长的更好，但细菌在葡萄糖和丙酮 酸盐中的c r ( v i ) 还原效率却要低于前者。因此，e n t e r o b a c t e rc l o a c a eh 0 1 还原c r ( v i ) 的还原效率和碳源有很密切的关系。 硫酸盐存在的厌氧消化系统中，硫酸盐还原菌可以利用一些最常见的挥发性有机 酸例如乙酸、丙酸、丁酸、氯酸作为电子供体来还原硫酸盐，从而还原水溶液中c r ( v i ) 。 不同驯化条件下，硫酸盐还原菌对各种碳源的利用分布有很大的差别，从而表现为对 各种碳源的不同的代谢速度，继而影响到硫酸盐还原菌对硫酸盐的摄取速度以及对 c r ( v i ) 的还原速度。据报道，硫酸盐还原菌利用乳酸、丙酸、丁酸、乙酸的c r ( v 1 ) 还 原速率依次降低【3 。另外，据s o n g 3 2 】等人的报道，厌氧条件下，硫酸盐还原菌还原 c r ( v 1 ) 时，葡萄糖是硫酸盐还原菌还原c r ( v i ) 的最佳电子供体。 水溶液中的有机质的种类和数量，对细菌还原c r ( v i ) 的速率影响很大，选取合适 的有机物有利于提高细菌的c r ( v i ) 还原速率。 1 2 3p h 和温度的影响 细菌还原c r ( v 1 ) 的最佳p h 值和温度，往往和c r ( v o 还原菌的最佳生长条件有关。 e c l o a c a e | 2 9 j 能够在p h 值为6 0 到8 5 ，温度在2 0 到4 0 的范围内还原c r ( v i ) 。而 e c o l i 2 7 】能够在p h 范围3 8 和温度在1 0 到4 5 的范围内还原c r ( v o ，且还原速率 在p h = 7 温度为3 6 时，达到最高。据报道，在温度在1 0 到3 0 之间时，温度对以 上两种细菌的还原速率的影响遵从阿列纽斯方程式。而对于其他铬还原细菌，如s r b 是中温性细菌，最适生长温度在3 0 左右，纯培养的s r b 的最佳生长温度为3 0 ， 但在处理含c r ( v i ) 废水时，由于废水体系复杂性，s r b 的生长受到各种环境因子影响， 其最大c r ( v 1 ) 还原速率出现在3 5 【3 l 】。 5 硕士学位论文第一章文献综述 1 2 4 溶解氧的影响 细菌在好氧和厌氧的情况下，均能还原c r ( v i ) 。好氧的情况下，有机体通过体内 可溶性的还原酶，利用n a d h 或体内储藏的电子物质作为电子供体来还原c r ( v i ) 。 厌氧的条件下，有机体也可以在通过一些可溶性的酶和膜间载体蛋白，并且在可能的 情况下配以细胞色素b 、c 、d 还原c r ( v d 。好氧条件下，还原c r ( v i ) 不仅与一些可溶 性蛋白有关，而且和作为电子供体的n a d h 有关，n a d h 不仅可以驱动c r ( v d 的还 原反应，更可以提供提高酶活性的能量。而在没有电子供体的情况下，c r ( v i ) 的还原 菌可以利用体内的储能物质来为体内的可溶性酶还原c r ( v i ) 提供动力。不同的细菌在 c r ( v d 的还原过程中所需要的溶解氧都有一个特定的范围，废水中的溶解氧是影响细 菌还原c r ( v d 的一个重要的影响因素。绝大多数细菌都不能在溶解氧很高的水溶液中 还原c r ( v i ) 。据k o m o r i 等人【3 0 】报道，阴沟肠杆菌e c l o a c ae 0 1 菌在好氧的情况下生 长良好，但当溶液中的氧气达到4 5m g l 的时候，溶解氧就很大程度的阻碍了阴沟肠 杆菌对c r ( v 1 ) 的还原。而对于大肠杆菌e c o l i 来说，要把溶解氧控制在1 1m e l 以下 才能保证c “v i ) 的还原不受抑制【乃j 。 1 2 5 无机盐和重金属的影响 工业含c r ( v i ) 废水除了含有c r ( v 1 ) 之外，还同时含有很多无机盐离子和重金属离 子，它们往往对细菌还原c r ( v 1 ) 产生阻碍，因此，在还原c r ( v 1 ) 过程中，其它无机离 子对细菌还原整个过程的影响不容忽视。 重金属对于微生物来说是一种极为有毒有害的物质，存在于水溶液中的重金属离 子能够对微生物的生长代谢以及还原活性产生很大的影响。研究表明，e c l o a c ae o 。1 在c r ( v 1 ) 离子浓度为2 2 0m g l 时，对c r ( v 1 ) 离子的还原率为4 0 ，而在铜铬催化剂 废水中，c r ( v i ) 、c u ( i i ) 、m n ( i i ) 、z n ( i i ) 等离子的浓度分别为2 2 0m g l 、2 5m g l 、2 6 m g l 、0 0 2m g l ， e c l o a c ae o l 对c “v 1 ) 离子的还原被完全抑制瞰】。脱硫弧菌 d v u l g a r i s 菌株可以抵抗包括z n ( 1 1 ) 和c u ( i i ) 等1 1 种重金属，浓度在1 0 0 u m 以内产生 的毒性，其c r ( v d 还原过程不受其他重金属影响。因此，重金属离子对不同的菌株还 原c r ( v i ) 会产生不同程度的影响。 由于废水中的c r ( v i ) 往往以c r 0 4 2 。的形式存在，而在化学结构上与c r 0 4 2 相似的 某些无机酸根离子例如，m n 0 4 玉、v 0 3 、t e 0 4 2 、m 0 0 4 2 、v 0 4 2 。、s 0 4 2 、s 0 3 2 等就 有可能作为电子受体与c r 0 4 2 。竞争，影响细菌还原c r (