1、廢水中重金屬污染日益嚴重，其中鉛是一種很普遍的污染物。鉛會對人和動物的生命組織體產生很強的毒性，因而對鉛污染的修復研究不容忽視。隨著對鉛污染的研究深入，其處理方法也在不斷的發(fā)展。微生物處理技術因其價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點而受到廣泛的關注。白腐真菌是一種具有較強的有機物的降解能力的真菌，由于其具有較強的重金屬吸附能力而使其近幾年在重金屬廢水治理的應用研究中受到很大的關注。白腐真菌在應對有毒重金屬的脅迫時會形成有效的防御體系。這些防御體系是

2、基于菌體在胞內和胞外所產生的具有螯合絡合重金屬能力的物質，胞外作為重金屬離子毒性鈍化的第一環(huán)境尤為重要。白腐真菌產生的胞外分泌物通過調節(jié)菌體生存環(huán)境中的pH值、螯合作用、沉淀、穩(wěn)定、固定等途徑改變重金屬的生物有效性和生物毒性，從而影響菌體對重金屬的吸收。為了進一步探討黃孢原毛平革菌對鉛的生物去除機理，預測和控制重金屬在環(huán)境中的去向，我們有必要從菌體在和鉛離子接觸的過程中為應對鉛毒性所產生的一系列的胞外應答響應機制進行考察。
　　本

3、文將白腐真菌的模式菌種黃孢原毛平革菌應用于含鉛廢水的處理，研究了菌體對鉛的吸附去除機理，系統地研究了黃孢原毛平革菌去除鉛的過程中分泌的胞外小分子有機酸、硫醇化合物、胞外聚合物的響應特性及這些分泌物對鉛的去除的作用機理，并進一步研究了這個過程中菌體去除的鉛的生物活性，從而發(fā)展了基于黃孢原毛平革菌的含鉛廢水處理和穩(wěn)定化技術和理論。本文的具體研究工作及成果包括以下4個部分的內容:
　　第1部分為黃孢原毛平革菌對鉛離子的吸附機理的研究。實

4、驗中采用的是培養(yǎng)成熟的菌體對廢水中鉛離子進行吸附去除，考察了環(huán)境中的pH、鉛初始濃度、吸附時間和菌體的預處理對去除效果的影響，進一步分析了成熟菌體吸附去除鉛的模式。研究中得到以下結果:(1)成熟菌體去除鉛離子最適合的pH條件為5.0，對50 mg/L的鉛的去除率可達64％。(2)隨著鉛離子的初始濃度逐漸增大，鉛的去除率均處于60％-70％之間。等量的菌體所吸附的鉛量逐漸增加，當初始鉛離子濃度增大到200 mg/L時，比在實驗組100 m

5、g/L中的菌體吸附的鉛量高3倍，這說明菌體對高濃度的鉛離子啟動了更加快速有效的去除吸附機制。(3)菌體對低于100 mg/L的鉛離子的吸附可以在4h內達到飽和，而對高于100 mg/L的鉛離子則需要更多的時間。這可能是由于前期進行的是一個快速的表面吸附，而后進行的是鉛離子向細胞內轉移的過程，這一過程受細胞內代謝、細胞擴散過程的控制。(4)菌體對不同濃度的鉛離子的吸附符合Freundlich吸附等溫線方程，這說明成熟菌體吸附去除鉛離子的過

6、程是基于在不同表面間的吸附，各個吸附位點并不是等同的或者相互間不是獨立的。通過紅外光譜分析發(fā)現菌體表面的羥基、氨基、羧基、巰基官能團對鉛的吸附起了重要的作用。各種菌體預處理會影響這些功能性官能團的數量和種類，并進一步影響菌體對鉛離子的去除效果。
　　第2部分著重研究了黃孢原毛平革菌分泌的胞外功能性分泌物應對鉛離子毒性的響應特性。這些功能性物質是指含有羥基、氨基、羧基、巰基官能團的物質，包括低分子有機酸、硫醇化合物及胞外聚合物。研究

7、中使用經預培養(yǎng)的黃孢原毛平革菌接觸濃度范圍為25-400 mg/L的鉛離子。在菌體生長過程中對這些功能性物質在水體環(huán)境中的含量變化進行了監(jiān)測，并結合鉛濃度的變化進行進一步分析。研究中得到以下結果:(1)菌體生長過程中各濃度的鉛均得到了有效的去除。在菌體在生長到121 h時，各實驗組中的鉛均被去除75％以上。與使用成熟菌體的去除效率對比要好得多，尤其有利于低濃度鉛離子的去除。(2)胞外檸檬酸的含量遠遠小于草酸和蘋果酸的含量。鉛誘導菌體快速

8、分泌更多的草酸并推遲環(huán)境中檸檬酸的分，解，抑制蘋果酸的分泌。這說明當黃孢原毛平革菌面對鉛離子毒性的脅迫時，菌體分泌的草酸是主動應對鉛離子毒性，而蘋果酸和檸檬酸都是被動地響應。(3)環(huán)境中有機酸的蓄積會導致pH值的下降，但這個變化并未減緩菌體對鉛的去除。這說明在生長中的菌體去除鉛的過程中，當pH處于4-6范圍內時它并不是一個嚴格的限制因素。(4)更高濃度的鉛離子誘導菌體分泌更多的硫醇物質，其中大部分是屬于蛋白類硫醇化合物。隨著鉛濃度的增大

9、，蛋白硫醇所占的比例越大。以上實驗結果說明并不是所有的胞外硫醇類物質都是發(fā)揮著同樣的防御作用，蛋白類硫醇是黃孢原毛平革菌對鉛毒性采取的一個主要胞外防御機制。(5)環(huán)境中過高的鉛離子會減緩菌體在某一時段內對糖類相對的代謝速率，但是并不影響菌體整個生長進程中的代謝速率變化。更大鉛離子毒性誘導菌體分泌更多蛋白質到培養(yǎng)液中，蛋白質最高含量均出現在第5天。
　　第3部分研究了黃孢原毛平革菌分泌的胞外功能性物質在鉛去除過程中發(fā)揮的作用。這些功

10、能性物質螯合了鉛離子后會粘附在菌體胞外聚合物層中從而達到將鉛從水體中分離的目的。研究中將菌體周圍吸附的胞外聚合物層分離并對其中的低分子有機酸、硫醇化合物、胞外聚合物及鉛含量進行檢測，并進一步分析各種功能性物質含量對菌體吸附的鉛量的影響。研究得到以下結果:(1)環(huán)境中更高的鉛離子誘導菌體吸附更多的草酸。胞外聚合物層中草酸的降解伴隨著培養(yǎng)液中鉛的濃度出現的一定程度的增大，這種影響在高濃度鉛實驗組中更大。胞外聚合物層中草酸含量和鉛含量有較明顯

11、的相關性。以上結果說明當黃孢原毛平革菌面臨高濃度的鉛離子毒性時，草酸在去除和鈍化鉛離子方面發(fā)揮著很重要的作用。
　　(2)鉛誘導菌體吸附更多的蛋白類硫醇化合物，減少了對非蛋白類硫醇化合物的吸附。菌體吸附的硫醇含量和鉛含量相關性不明顯，這可能和硫醇化合物含量較小有關。(3)菌體周圍吸附的胞外聚合物主要是由糖類組成，蛋白質含量較小。鉛誘導菌體吸附更多胞外聚合物并推遲其中成分含量的減小，這些響應特性有利于菌體吸附更多的鉛離子并保護菌體細

12、胞免受外界侵害。胞外聚合物中鉛含量與培養(yǎng)液中初始鉛離子濃度呈正相關，胞外聚合物中鉛量占菌體去除總鉛量的比例不斷減小，以上結果說明在菌體去除鉛的前期胞外聚合物起到了最主要的作用。(4)隨著鉛濃度的增大，草酸含量和胞外聚合物含量的相關性逐漸增強，而硫醇化合物含量和胞外聚合物含量的相關性卻逐漸減弱，這說明胞外聚合物含量的增加有助于固定吸附更多的草酸。
　　第4部分為黃孢原毛平革菌吸附去除的鉛的穩(wěn)定性的研究。EDTA可以提取菌體吸附去除的

13、所有具有生物可利用性的鉛，研究中利用EDTA對菌體去除的鉛進行提取研究鉛的生物穩(wěn)定性。(1)成熟菌體去除的鉛的穩(wěn)定性受到環(huán)境中pH、菌體預處理及初始鉛離子濃度的影響。在pH高于6.0環(huán)境中菌體去除的鉛較容易被解吸，pH5.0的環(huán)境最適宜成熟菌體對鉛離子的穩(wěn)定。菌體預處理不利于其對鉛的穩(wěn)定化，活性菌體吸附的鉛的解吸率均比滅活菌體吸附的鉛的解吸率要低。這說明活菌的生長代謝活動對于鉛離子的穩(wěn)定化具有非常重要的意義?；罹w對初始濃度越低的鉛離子

14、穩(wěn)定化效果越好。(2)菌體生長過程中對鉛的去除和穩(wěn)定化過程幾乎同時進行，在121 h之后菌體去除的鉛保持在20％左右的提取率，處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，也是對環(huán)境危害較小的狀態(tài)。經ESEM-EDAX分析發(fā)現經EDTA提取之后菌體表面吸附鉛類物質減少，但是提取前后菌體表面鉛類物質元素組成成分類似。經過XRD進一步對提取后的菌體進行分析發(fā)現剩余的鉛類物質是草酸鉛和磷氯鉛類物質。
　　本論文研究揭示了黃孢原毛平革菌去除和穩(wěn)定化鉛的機理，探究了菌