隐藏嗜酸菌Acidiphilium cryptum XTS的Cr(VI)还原特性及相关基因的差异表达

【目的】考察p H值、初始Cr（VI）浓度、Fe（III）的加入及氧气含量对隐藏嗜酸菌Acidiphilium cryptum XTS还原Cr（VI）的影响及其六价铬还原相关基因在不同培养条件下的差异表达。【方法】采用正交试验法L9（34）优选Cr（VI）还原最适条件;根据模式菌A.cryptum JF-5同源功能基因序列设计引物,对菌株XTS中的六价铬还原相关基因Acry₂099在不同培养条件下的基因差异表达进行分析。【结果】p H为2.9,初始Cr（VI）浓度为80 mg/L,Fe（III）浓度为100 mg/L的条件是该菌株还原Cr（VI）的最优化配合比,在该条件下处理24 h,Cr（VI）的还原率达到67.48%;从菌株XTS中成功克隆了Acry₂099基因,其序列与模式菌A.cryptum JF-5的同源功能基因序列一致性达到了99.7%;在不同p H值、初始Cr（VI）浓度及氧气含量下Acry₂099基因表达上调情况与Cr（VI）还原速率呈一致趋势,证明Acry₂099很可能参与还原Cr（VI）的代谢途径。虽然加入Fe（III）能促进Cr（VI）的还原,但是铁的加入对Acry₂099基因表达水平没有显著的影响。【结论】A.cryptum XTS对Cr（VI）的还原与p H值、初始Cr（VI）浓度、Fe（III）的存在等因素有关,较低的p H和较高的初始Cr（VI）浓度对该菌还原Cr（VI）具有促进作用。     

微生物还原Cr(VI)的研究进展

随着现代工业的发展,水环境中的重金属对人类健康和环境带来严重的危害,其中的Cr(VI)具有强烈的毒性.微生物在代谢过程中可以将Cr(VI)还原为Cr(Ⅲ),有效降低Cr(VI)的毒性.本文从可还原Cr(VI)的微生物、微生物还原Cr(VI)的机理、还原过程中存在的问题及发展方向等方面进行了综述.     

微生物还原Cr(VI)的研究进展

随着现代工业的发展, 水环境中的重金属对人类健康和环境带来严重的危害, 其中的Cr(VI)具有强烈的毒性。微生物在代谢过程中可以将Cr(VI)还原为Cr(III), 有效降低Cr(VI)的毒性。本文从可还原Cr(VI)的微生物、微生物还原Cr(VI)的机理、还原过程中存在的问题及发展方向等方面进行了综述。     

絮凝酵母吸附Cr(VI)的机理

絮凝酵母SPSC01为酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae和粟酒裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe的融合菌株,用其吸附水溶液中的重金属Cr(VI),可以大大降低生物吸附的固液分离成本。为了探讨SPSC01菌体絮凝蛋白对Cr(VI)还原吸附的影响,对SPSC01与其亲本菌株的吸附行为进行了比较。结果表明,SPSC01和其具有絮凝性状的亲本S.pombe的Cr(VI)去除速率基本同步,远优于无絮凝性状的亲本S.cerevisiae;达到吸附平衡时,S.pombe、SPSC01和S.cerevisiae对总Cr去除率分别达68.8%、48.6%和37.5%;从而证明了絮凝有利于Cr(VI)的还原、吸附,絮凝蛋白在Cr(VI)的还原吸附过程中起促进作用。通过化学屏蔽方法和傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析,对SPSC01菌体表面吸附Cr(VI)的机理进行了研究,结果表明SPSC01菌体表面吸附Cr(VI)起主要作用的基团是氨基、羧基和酰胺基。     

絮凝酵母吸附Cr(VI) 的机理

絮凝酵母SPSC01为酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae和粟酒裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe的融合菌株,用其吸附水溶液中的重金属Cr(VI),可以大大降低生物吸附的固液分离成本。为了探讨SPSC01菌体絮凝蛋白对Cr(VI) 还原吸附的影响,对SPSC01与其亲本菌株的吸附行为进行了比较。结果表明,SPSC01和其具有絮凝性状的亲本S. pombe的Cr(VI) 去除速率基本同步,远优于无絮凝性状的亲本S. cerevisiae;达到吸附平衡时,S. pombe、SPSC01和S. cerevisiae对总Cr去除率分别达68.8％、48.6％和37.5％;从而证明了絮凝有利于Cr(VI) 的还原、吸附,絮凝蛋白在Cr(VI) 的还原吸附过程中起促进作用。通过化学屏蔽方法和傅立叶变换红外光谱 (FTIR) 分析,对SPSC01菌体表面吸附Cr(VI) 的机理进行了研究,结果表明SPSC01菌体表面吸附Cr(VI) 起主要作用的基团是氨基、羧基和酰胺基。     

六价铬的细胞毒理效应及其机制研究进展

六价铬[Cr(VI)]是一种普遍存在于土壤、大气与水环境中的污染物,可通过呼吸道、消化道及皮肤接触进入人体,产生直接或间接的毒性作用。该文着眼于近年来的研究进展,从Cr(VI)导致胞内活性氧累积效应、诱发细胞凋亡、导致细胞癌变、毒理效应的基因组学研究等几方面,论述了Cr(VI)对人体和动物的细胞毒理效应及其作用机制。随着研究的深入,从基因组水平研究Cr(VI)毒理效应成为新的热点。     

Cr(VI)污染细粒土壤化学淋洗修复效果与经济成本分析

土壤淋洗技术具有修复效率高、修复彻底、污染土壤减量化等特点,但目前土壤淋洗的药剂成本相对较高,且淋洗后的细粒土壤仍需固化、稳定化处理,限制了淋洗技术大规模的推广应用。本研究以重庆市某Cr(VI)污染场地细粒土壤为对象,探究了Cr(VI)污染细粒土壤化学淋洗修复的效果与经济可行性。结果表明:除EDTA外,随着草酸、柠檬酸、醋酸和盐酸浓度的增加,土壤中Cr(VI)的去除率均逐渐增加,且草酸和柠檬酸复配淋洗效果最佳;液固比5∶1～10∶1时淋洗效果和稳定性最佳,液固比大于10∶1或低于5∶1淋洗效果和稳定性降低。淋洗时间越长,土壤中Cr(VI)的去除效果越好,土壤中Cr(VI)的浸出浓度越低;以草酸和柠檬酸作为复配淋洗剂,在液固比5∶1,淋洗45 min情况下,土壤中Cr(VI)去除率为62.73%,Cr(VI)的浸出浓度为0.64 mg·L~(-1),低于垃圾填埋场Cr(VI)浸出标准1.5 mg·L~(-1),且Cr(VI)污染细粒土壤淋洗药剂成本为300元·t~(-1)土,具备工程应用的经济可行性。     

小球藻对U(VI)的生物吸附特性

试验研究了小球藻吸附U(VI)的过程,探讨了吸附机理、吸附热力学和动力学.考查了pH值、时间、U(VI)的起始浓度和温度等对吸附的影响.研究表明,pH值对小球藻的吸附效果影响较大,小球藻吸附U(VI)的最佳pH值为6,最大吸附量为2.7mg/g,吸附在5min内基本达到平衡.小球藻对U(VI)的吸附量与其浓度的正相关;温度在20℃-30℃时,对铀的吸附影响不大.实验结果还表明,吸附过程符合准二级动力学方程,其相关系数达0.99,该吸附为多种反应同时作用的复杂过程.U(VI)在小球藻上的吸附行为可以很好地用Langmuir等温方程来描述.     

Cd、Cr(VI)单一及复合污染对菹草叶绿素含量和抗氧化酶系统的影响

主要研究了 Cd、Cr( VI)单一及复合污染对菹草叶绿素含量和抗氧化酶系统的影响 ,研究结果表明 :随 Cd、Cr( VI)胁迫浓度的增加 ,菹草总叶绿素含量下降 ,单一 Cd处理 SOD活性下降 ,POD和 CAT活性表现出先升后降的趋势 ,Cd、Cr( VI)复合污染的效应明显大于单一污染的效应。     

小球藻对U(VI)的生物吸附特性

试验研究了小球藻吸附U(VI)的过程, 探讨了吸附机理、吸附热力学和动力学。考查了pH值、时间、U(VI)的起始浓度和温度等对吸附的影响。研究表明, pH值对小球藻的吸附效果影响较大, 小球藻吸附U(VI)的最佳pH值为6, 最大吸附量为2.7 mg/g, 吸附在5 min内基本达到平衡。小球藻对U(VI)的吸附量与其浓度的正相关; 温度在20℃~30℃时, 对铀的吸附影响不大。实验结果还表明, 吸附过程符合准二级动力学方程, 其相关系数达0.99, 该吸附为多种反应同时作用的复杂过程。U(VI)在小球藻上的吸附行为可以很好地用Langmuir等温方程来描述。     

亚硒酸钠和硒酸钠对小白菜生长生理特性的影响

以小白菜品种'秦白2号'为材料,采用盆栽试验研究了不同浓度亚硒酸钠[Se(IV)]和硒酸钠[Se(VI)]胁迫对小白菜生长生理特性的影响及其生理机制,为土壤硒污染修复及其合理开发利用提供理论依据.结果表明,Se(IV)≤10.0 mg·kg-1时,小白菜的叶长、叶宽显著下降,而生物量没有受到显著影响;Se(VI)≤1.0 mg·kg-1时,叶长、叶宽、生物量没有显著变化;更高浓度处理时,叶长、叶宽、生物量均随外源Se(IV)和Se(VI)处理浓度的增大而急速下降.Se(IV)≤40.0 mg·kg-1和Se(VI)≤20.0 mg·kg-1处理均对小白菜叶片叶绿素含量无显著影响,但更高浓度外源Se(IV)和Se(VI)却显著抑制了叶绿素合成.低浓度外源Se(IV)和Se(VI)均使小白菜叶片谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性上升,膜质过氧化物(MDA)含量下降,对超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性及脯氨酸含量无显著影响;高浓度硒使MDA含量、脯氨酸含量及SOD活性上升,而使GSH-Px活性和CAT活性下降;外源Se(IV)和Se(VI)均使过氧化物酶(POD)活性降低.研究发现,低浓度外源Se(IV)和Se(VI)均提高了小白菜的抗氧化作用,从而促进小白菜叶片叶绿素的合成和生长,高浓度时则相反;低浓度硒的抗氧化作用和高浓度硒的过氧化作用均以Se(VI)大于Se(IV).说明硒酸钠的有效性和毒害作用均大于亚硒酸钠.     

异化铁还原细菌LQ25还原重金属Cr (VI)的特性研究

[背景] 异化铁还原细菌能够在还原Fe （III）的同时将毒性较大的Cr （VI）还原成毒性较小的Cr （III）,解决铬污染的问题。[目的] 基于丁酸梭菌（Clostridium butyricum） LQ25异化铁还原过程制备生物磁铁矿,开展异化铁还原细菌还原Cr （VI）的特性研究。[方法] 构建以氢氧化铁为电子受体和葡萄糖为电子供体的异化铁培养体系。菌株LQ25培养结束时制备生物磁铁矿。设置不同初始Cr （VI）浓度（5、10、15、25和30 mg/L）,分别测定菌株LQ25对Cr （VI）还原效率以及生物磁铁矿对Cr （VI）的还原效率。[结果] 菌株LQ25在设置的Cr （VI）浓度范围内都能良好生长。当Cr （VI）浓度为15 mg/L时,在异化铁培养条件下,菌株LQ25对Cr （VI）的还原率为63.45%±5.13%,生物磁铁矿对Cr （VI）的还原率为87.73%±9.12%,相比菌株还原Cr （VI）的效率提高38%。pH变化能影响生物磁铁矿对Cr （VI）的还原率,当pH 2.0时,生物磁铁矿对Cr （VI）的还原率最高,几乎达到100%。电子显微镜观察发现生物磁铁矿表面有许多孔隙,X-射线衍射图谱显示生物磁铁矿中Fe （II）的存在形式是Fe （OH）₂。[结论] 基于异化铁还原细菌制备生物磁铁矿可用于还原Cr （VI）,这是一种有效去除Cr （VI）的途径。     

脱硫弧菌SRB7对重金属铬Cr(VI)还原特性

利用化工厂污泥废水中分离到的一株耐酸脱硫弧菌(Desulfovibrio SRB7),对不同pH,温度、碳源、菌废比等条件下SRB7还原Cr(VI)能力进行研究.并从H2S还原途径、电子传递途径以及胞外聚合物(EPS)吸附途径研究SRB7菌体整体去除Cr(VI)的特性.结果表明:当Cr(VI)起始浓度为50 mg/L时,pH 7.5,培养温度36℃,碳源为乳酸钠,混合菌液和Cr(VI)溶液的菌废比为1:5(V/V)能获得很好的还原效果.在SRB7去除Cr(VI)的特性中,吸附途径对Cr(VI)的去除几乎不起作用;电子传递途径在Cr(VI)的还原过程中不占优势,24 h去除率为51.42%;而H2S途径在Cr(VI)的还原过程中占主导地位,24 h去除率为78.02%.     

脱硫弧菌SRB7对重金属铬Cr(VI)的还原特性

利用化工厂污泥废水中分离到的一株耐酸脱硫弧菌(Desulfovibrio SRB7), 对不同pH、温度、碳源、菌废比等条件下SRB7还原Cr(VI)能力进行研究。并从H2S还原途径、电子传递途径以及胞外聚合物(EPS)吸附途径研究SRB7菌体整体去除Cr(VI)的特性。结果表明: 当Cr(VI)起始浓度为50 mg/L时, pH 7.5, 培养温度36°C, 碳源为乳酸钠, 混合菌液和Cr(VI)溶液的菌废比为1:5(V/V)能获得很好的还原效果。在SRB7去除Cr(VI)的特性中, 吸附途径对Cr(VI)的去除几乎不起作用; 电子传递途径在Cr(VI)的还原过程中不占优势, 24 h去除率为51.42%; 而H2S途径在Cr(VI)的还原过程中占主导地位, 24 h去除率为78.02%。     

一株李氏禾内生细菌去除Cr(Ⅵ)的特性

李氏禾(Leersia hexandra)是中国境内发现的第一种铬超积累植物,该文对李氏禾内生菌及其除铬性能进行了研究。采用添加Cr(VI)的牛肉膏蛋白胨固体平板培养方法,从李氏禾根部分离筛选获得一株具有较强Cr(VI)抗性的内生细菌G04,分子生物学鉴定结果表明该菌株属于阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)。采用摇瓶培养方法,以Cr(VI)去除率、总Cr(铬)的去除率以及菌体生物量为指标,考察了pH、温度、底物浓度、装液量、接种量、摇床转速以及反应时间等因素对Cr(VI)去除率、总铬去除率和菌株生长的影响。结果表明:在牛肉膏蛋白胨液体培养基中,菌株E. cloacae G04去除Cr(VI)的较优反应条件为初始pH5. 0、温度37℃、Cr(VI)浓度为100 mg·L~(-1)、装液量80 mL(250 mL三角瓶)、接种量15%、摇床转速为120r·min~(-1)、反应时间48 h。在此条件下,菌株E. cloacae G04对Cr(VI)和总铬的去除率分别为84%和8%。根据Cr(VI)去除率和总铬去除率的结果推测该菌株去除Cr(VI)的机制可能是以还原为主、吸附为辅。这表明李氏禾内生细菌E. cloacae G04菌株具有较好的应用潜力,既有可能直接用于土壤、水环境铬污染的修复,也有可能作为促植物修复铬污染的后备菌株,另外可为深入研究李氏禾的铬积累作用机制提供参考。     

基于同位素标记相对和绝对定量技术研究耐铬(VI)菌株CM01的蛋白定量组学

【背景】六价铬[Cr(VI)]作为一种高毒性的重金属污染物,用微生物学方法还原Cr(VI)既经济又环保。【目的】探究耐铬菌株CM01中与耐受或还原铬Cr(VI)有关的蛋白或基因,从分子水平上阐述其耐铬Cr(VI)机制。【方法】运用同位素标记相对和绝对定量技术(isobarictagsforrelativeand absolute quantitation techniques,iTRAQ)分析耐铬菌株CM01在有无铬Cr(VI)胁迫下的蛋白表达差异。运用RT-qPCR技术验证4种与代谢途径有关的上调蛋白的m RNA表达量。运用紫外分光光度计测定细胞表面疏水性。【结果】共鉴定到2 570个蛋白,其中存在显著差异的蛋白数为646个,上调蛋白数量343个,下调蛋白数量303个。CM01中的Fe/Mn超氧化物歧化酶、甜菜碱醛脱氢酶、磷酸戊糖途径、磷酸肌醇代谢途径、氨基酸代谢共同参与了菌株对于外源性Cr(VI)的响应机制。RT-qPCR实验结果表明,与代谢途径有关的4种蛋白其基因转录水平和蛋白水平一致。对照组CM01的细胞表面疏水性高于实验组。【结论】初步探索了耐铬菌的Cr(VI)响应机制,为利用微生物治理环境污染提供了理论支持和新的研究思路。     

木霉生物吸附重金属铬机理的研究

利用木霉（Trichoderma lhd）菌体作为吸附剂,对水体中的六价铬进行生物吸附,借助傅立叶红外变换光谱和拉曼光谱对六价铬的生物吸附机理进行了探讨。实验条件优化结果表明,温度28 ℃以及酸性环境条件（pH 1）有利于Cr （VI） 的生物吸附,12小时内,Cr （VI） 的生物吸附去除效率达99 %。吸附机理实验结果分析表明,相比于对照实验,2350 cm^-1吸收峰的出现为吸附剂表面质子化的氨基如＞NH2^＋, NH^＋, ＞C=NH^＋―等基团吸附Cr （VI）所致。拉曼光谱中吸收峰2097 cm^-1强度显著增强进一步表明,Cr （VI）的生物吸附是吸附剂表面氨基基团在起作用。     

Cytotoxicity and genome-wide microarray analysis of intestinal smooth muscle cells in response to hexavalent chromium induction

Chronic ingestion of high concentrations of hexavalent chromium Cr(VI) in drinking water induces intestinal tumors in mice; however, information on its toxicity on intestinal smooth muscle cells is limited. The present study aimed to assess the in vitro and in vivo toxicological effects of Cr(VI) on intestinal smooth muscle cells. Human intestinal smooth muscle cells (HISM cells) were cultured with different concentrations of Cr(VI) to evaluate effects on cell proliferation ability, oxidative stress levels, and antioxidant system. Furthermore, tissue sections in Cr(VI) exposed rabbits were analyzed to evaluate toxicity on intestinal muscle cells in vivo. Gene chips were utilized to assess differential gene expression profiles at the genome-wide level in 1 μmol/L Cr(VI) treated cells. Intestinal tissue biopsy results showed that Cr(VI) increased the incidences of diffuse epithelial hyperplasia in intestinal jejunum but caused no obvious damage to the structure of the muscularis. Cell proliferation analysis revealed that high concentrations (≥64 μmol/L) but not low concentrations of Cr(VI) (≤16 μmol/L) significantly inhibited the growth of HISM cells. For oxidative stress levels, the expression of reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO) was elevated at high concentrations (≥64 μmol/L) but not at low concentrations of Cr(VI) (≤16 μmol/L). In addition, dose-dependent increases in the activity of oxidized glutathione (GSSH)/total-glutathione (T-GSH) were also observed. Gene chip screened 491 differentially expressed genes including genes associated with cell apoptosis, oxidations, and cytoskeletons. Some of these differentially expressed genes may be unique to smooth muscle cells in response to Cr(VI) induction.     

Cr(VI)还原菌的筛选、鉴定及其还原物质分析

【背景】铬污染土壤是我国土壤污染修复的重点治理对象,在众多修复技术中,微生物法因具有简单、经济、无二次污染等特性已成为研究热点,而微生物法中筛选出既能适应污染场地环境又能高效还原Cr(VI)的菌株尤为重要。【目的】筛选适应西北寒旱区高效还原Cr(VI)的菌株,丰富铬还原菌资源库,为铬污染土壤修复奠定基础。【方法】采用富集驯化、分离纯化法进行筛菌;通过形态学和分子生物学相结合的方法对目的菌株进行鉴定;采用傅里叶变换红外光谱法对还原机理进行研究。【结果】菌株G-13有较强的Cr(VI)还原能力,pH 9.0、温度为30°C条件下,60 h对Cr(VI)(100 mg/L)的还原率达到82.8%。经形态学和分子生物学鉴定,菌株G-13为Micrococcus luteus。反应中Cr(VI)的降低伴随着Cr(III)的增加,说明以还原反应为主,并且还原能力与细菌生长呈依赖型关系。对细胞各组分及变性研究表明,胞外酶在还原反应中占主要作用。除Pd~(2+)、Cd~(2+)外,其余金属离子对酶活性无明显抑制作用。通过傅里叶变换红外光谱分析,发现G-13与Cr(VI)结合位点主要为羟基、羰基、羧基、–CH、酰胺基等。【结论】菌株G-13有较强的Cr(VI)还原能力,能为西北寒旱区铬污染土壤修复丰富菌种资源。     

棉蚜人工饲料配方筛选及蔗糖浓度优化研究

【目的】棉蚜Aphis gossypii是一种重要的农业害虫,筛选并优化出适用于棉蚜饲养的人工饲料,有助于开展棉蚜生物学和生态学研究。【方法】在不同蚜虫人工饲料配方基础上,将饲料pH值和蔗糖浓度分别调整为7.6和25%,设计了以氨基酸、维生素、无机盐和蔗糖等为营养基础的5种人工饲料（配方Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）。通过比较棉蚜成蚜在这5种饲料上的存活率和繁殖力,筛选出适合棉蚜饲养的最佳饲料配方。将最佳饲料配方蔗糖浓度调整为30%（配方VI）,比较了棉蚜在蔗糖浓度25%和30%两个配方、棉花植株上的存活率、若蚜发育历期、产仔率、平均产蚜量和寿命,及不同棉蚜试验种群的生命表参数。【结果】取食配方Ⅴ饲料的棉蚜成蚜存活率和产蚜量最高。棉蚜在配方V与配方VI人工饲料上均能完成世代发育,成蚜产仔率可达到100%。人工饲料配方V、VI和棉花植株饲养的棉蚜寿命分别为15.39、13.52和20.29 d,平均产蚜量分别为16.99、16.85和26.73头,内禀增长率分别为0.24、0.23和0.29。【结论】综合所有参数比较及本着节约成本的原则,筛选的人工饲料配方Ⅴ（含25%蔗糖）更适用于棉蚜饲养。