克雷伯氏菌Z3还原Cr(Ⅵ)的细胞定位及相关功能蛋白分析

为了探究微生物还原Cr(Ⅵ)的细胞定位以及还原过程中相关蛋白的功能,以嗜碱性Cr(Ⅵ)高效还原细菌克雷伯氏菌(Klebsiella sp.)Z3为研究对象,结合扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)、X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)、能量色散X射线谱(energy dispersive spectroscopy, EDS)以及双向电泳联合质谱,考察了铬(Cr)在菌株Z3内的分布特征、细胞各组分对Cr(Ⅵ)的还原能力以及Cr胁迫条件下菌株Z3的全细胞蛋白表达差异。结果表明,100 mg·L~(-1) Cr(Ⅵ)处理组,菌体胞外多聚物、细胞膜、细胞壁和细胞质的总Cr质量浓度分别为8.00、1.49、1.84和3.05 mg·L~(-1)。细胞各组分的还原能力由高到低依次为胞外多聚物细胞质细胞膜细胞壁。SEM结果表明,菌体还原Cr(Ⅵ)的主要位置为胞外多聚物。还原过程及还原结束菌体细胞的EDS检测结果进一步证明,Cr(Ⅵ)的还原过程发生在胞外。XPS分析表明,Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ),产生的蓝灰色沉淀为Cr(OH)_3。双向电泳联合质谱对相关功能蛋白的鉴定结果表明,Cr(Ⅵ)胁迫条件下,菌株Z3有23个蛋白的表达量上调1.5倍以上,功能上分别聚类于蛋白质合成、能量代谢、氨基酸代谢、胁迫应答、免疫应答、信号传导和脂肪酸代谢共7大类。     

1株Cr(Ⅵ)抗性菌株的筛选鉴定及去除Cr(Ⅵ)特性

从东北林业大学林场土壤中筛选分离出1株六价铬[Cr(Ⅵ)]抗性菌株ng 05,经形态、生理生化分析及16S r DNA序列比对研究其分类;同时研究反应温度、溶液p H值以及Cr(Ⅵ)初始质量浓度对该菌去除Cr(Ⅵ)效果的影响,进而确定最佳去除条件;此外,利用傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)研究菌株去除的机制。结果表明,该菌株为芽孢杆菌属;最佳反应温度为35℃,溶液p H值为9,Cr(Ⅵ)初始质量浓度为5 mg/L,在此条件下可以达到很好的去除效果,菌株ng 05对Cr(Ⅵ)的去除效率高达99%以上;对比反应前后的红外光谱图可知,菌体表面的羟基作为电子供体将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),氨基、羧基、C—H与Cr(Ⅲ)在菌体表面形成络合物。     

一株Cr(Ⅵ)还原菌的筛选鉴定及其还原特性研究

从山西某铬渣堆场土壤中分离得到一株能还原Cr(Ⅵ)的细菌C2L,通过形态特征、生理生化反应和分子生物学鉴定确定该菌株为霍氏肠杆菌(Enterobacterhormaechei).该菌株能在较宽的pH 值(5~9)和温度(25~45 ℃)范围内还原Cr(Ⅵ),最佳反应条件为pH8和30 ℃.在Cr(Ⅵ)初始浓度为50、100、200、400、800 mg·L^-1时,C2L菌株对Cr(Ⅵ)的还原效率分别为99.3%、94.2%、85.6%、82.1%、58.2%.实验结果表明,该菌株在高Cr(Ⅵ)浓度下仍可表现出良好的还原能力,具有独特的还原Cr(Ⅵ)性能,在处理Cr(Ⅵ)污染土壤中存在极大的应用潜力.     

硫酸盐还原菌修复铬(Ⅵ)污染土壤研究

从含铬污水、活性污泥和铬污染土壤中分离出6株硫酸盐还原菌（sulphate—reducing bacteria，简称SRB），并对它们进行了还原C“Ⅵ）能力的验证试验，研究了利用其中2株菌（Wn-1和Ws-2）修复Cr（Ⅵ）污染土壤的效果。结果表明，分离获得的6株SRB都具有还原Cr（V1）能力，综合分析3个不同初始Cr（Ⅵ）浓度的Cr（Ⅵ）转化率，Wn-1和Ws-2的还原Cr（Ⅵ）能力较强，其次为Ws-1和Wn-2，而Tj和Tg较弱，即从电镀厂污水处理厂污水和活性污泥中分离的菌株Cr（Ⅵ）还原能力较强，而从电镀厂附近土壤和基地铬污染土壤中分离的菌株Cr（Ⅵ）还原能力较差；初始Cr（Ⅵ）浓度过高会抑制硫酸盐还原菌的还原能力；菌株Wn-1和Ws-2都能很好地修复Cr（Ⅵ）污染土壤，但它们的混合菌液修复效果更佳，10d后Cr（Ⅵ）的转化率达75．3％；菌株Wn-1和Ws—2经初步鉴定为脱硫弧菌。     

紫外光照和Fe(Ⅲ)存在下苯酚氧化与Cr(Ⅵ)还原的协同作用

研究了紫外光照下Fe(Ⅲ)为光催化剂促进苯酚(C6H5OH)与Cr(Ⅵ)氧化还原反应作用机制及其影响因素。结果表明:200μmol·L-1Fe(Ⅲ)存在下初始浓度为200μmol·L-1苯酚的氧化速率和初始浓度为200μmol·L-1Cr(Ⅵ)的还原速率均得到明显提高,平均速率分别为3.4和4.0μmol·L-1·min-1,均比无Fe(Ⅲ)时的速率提高了1倍;降低溶液pH值有利于反应速率的增加,但温度的变化对反应速率影响不显著。增加初始Fe(Ⅲ)和苯酚浓度,同样能有效提高Cr(Ⅵ)的还原速率。Cr(Ⅵ)还原和苯酚的氧化均符合一级反应动力学规律。     

季也蒙毕赤酵母菌还原Cr（Ⅵ）的特性研究

从喂食聚乙烯塑料印度谷螟(Plodia interpunctella (Hübener))幼虫的肠道液中分离筛选出1株能还原Cr(Ⅵ)的酵母菌ZJH-1,通过形态特征和分子生物学鉴定该菌株为季也蒙毕赤酵母菌(Pichia guilliermondii)。该菌株对Cr(Ⅵ)的最小抑菌浓度(MIC)为17mmol/L,在含有50mg/L Cr(Ⅵ)的条件下,对其他重金属的MIC分别为Cu(Ⅱ)13 mmol/L、Pb(Ⅱ)6 mmol/L、Ag(Ⅰ)4 mmol/L、Mn(Ⅱ)16 mmol/L、Ni(Ⅱ)3mmol/L、Co(Ⅱ)3mmol/L、Cd(Ⅱ)0.9mmol/L和Hg(Ⅱ)0.2mmol/L。以Cr(Ⅵ)还原率为指标,考察了温度、pH、接种量、供电子体以及不同重金属离子对Cr(Ⅵ)还原率的影响,结果表明:在酵母浸出粉胨葡萄糖液体培养基(YPD)中,菌株ZJH-1还原Cr(Ⅵ)的较优pH和温度分别为9.0和40℃;在最适条件下,接种量为8%时,Cr(Ⅵ)的还原效果最佳;当葡萄糖作为供电子体时,48h内Cr(Ⅵ)的还原率为100%;菌株在含有不同重金属离子的培养液中,除Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Co(Ⅱ)外,菌株ZJH-1还原Cr(Ⅵ)的能力和生长能力均受到抑制,抑制顺序为Mn(Ⅱ)Hg(Ⅱ)Ag(Ⅰ)Ni(Ⅱ)Cd(Ⅱ)。对菌株ZJH-1还原Cr(Ⅵ)能力的初步研究结果表明,菌株ZJH-1在Cr(Ⅵ)污染修复中具有良好的应用潜力。     

高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ)对有机酸还原Cr(Ⅵ)的影响

通过批式试验研究了高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对草酸、柠檬酸和酒石酸还原Cr(Ⅵ) 的影响.结果表明,高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对3种有机酸还原Cr(Ⅵ) 均有良好的催化作用,其效果大小依次为:草酸、柠檬酸、酒石酸.酒石酸为还原剂,当其初始浓度≤2.0 mmol·L-1时,高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对酒石酸还原Cr(Ⅵ) 的催化作用小显著,但其催化作用随酒石酸初始浓度的增加而明显提高.温度和pH对高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 催化草酸和柠檬酸还原Cr(Ⅵ) 有显著影响,温度越高,反应速率越快;当pH在3.5～4.5范围内,草酸对Cr(Ⅵ) 的还原反应速率随pH的降低而显著升高;然而,柠檬酸对Cr(Ⅵ) 的还原速牢却在pH=4.0时为最快.     

一株 Cr（Ⅵ）还原菌对 Cr（Ⅵ）胁迫下小白菜幼苗植物毒性及植物有效性的缓解效应

【目的】研究Cr(Ⅵ)还原菌Exiguobacterium sp.EH5(简称菌株E)对Cr(Ⅵ)胁迫下四季青小白菜幼苗的植物毒性及植物有效性的影响。【方法】通过水培盆栽试验,向等体积、含有不同Cr(Ⅵ)质量浓度(0、1、2、3、4、5 mg/L)的水培营养液中按体积比1%添加菌悬液(菌悬液OD_(600nm)≈4),考察菌株E对Cr(Ⅵ)胁迫下小白菜幼苗的生长量、叶绿素含量、蛋白质含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化歧化酶(SOD)活性及铬含量的影响。【结果】(1)Cr(Ⅵ)质量浓度越高,Cr(Ⅵ)毒性抑制小白菜幼苗生长及其蛋白质、叶绿素合成的效果越显著。加入菌株E后,在相同最高Cr(Ⅵ)质量浓度(5 mg/L)对比下,小白菜幼苗茎长、根长、鲜重、叶绿素总量及蛋白质含量比不加菌E对照分别增加98.10%、5.32%、90.49%、10.07%、11.11%。(2)随着Cr(Ⅵ)胁迫质量浓度升高,小白菜幼苗叶片中MDA含量增加,SOD活性随着Cr(Ⅵ)质量浓度升高呈先增后降趋势。加入菌株E后,在相同质量浓度1～5 mg/L下,小白菜幼苗叶片中MDA含量比不加菌对照分别降低19.60%、17.05%、58.85%、28.19%、11.66%。在Cr(Ⅵ)胁迫质量浓度≤4 mg/L时,加菌株E的SOD活性比不加菌对照有所降低,随着Cr(Ⅵ)质量浓度升高(4 mg/L),加菌株E的SOD活性比不加菌对照提高11.51%。(3)Cr(Ⅵ)胁迫质量浓度越高,小白菜幼苗体内(根、茎叶)Cr含量越高。加入菌株E后,小白菜幼苗根、茎叶部分的Cr含量比不加菌对照均有不同程度的降低。【结论】添加菌株E可以在一定程度上缓解Cr(Ⅵ)对小白菜幼苗的生长毒性以及Cr(Ⅵ)诱导的氧化胁迫,并降低小白菜幼苗对Cr(Ⅵ)的可利用度。     

Cr（Ⅵ）还原菌Microbacterium sp. QH-2对铝氧化物吸附铬影响的研究

氧化铝是土壤中最丰富和最活泼的矿物质之一,能对土壤中铬元素的迁移和转化产生影响。而土壤Cr(Ⅵ)还原菌能将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)。本研究探讨了Cr(Ⅵ)还原菌对铝氧化物吸附铬的影响。结果表明,在pH为4时,γ-氧化铝对Cr(Ⅵ)吸附能力明显强于α-氧化铝。α-氧化铝和γ-氧化铝与Cr(Ⅵ)还原菌株Microbacterium sp. QH-2混合培养后,二者的晶体结构并未受影响,但菌株QH-2的存在增加了α-氧化铝和γ-氧化铝对总铬的吸附量。     

纳米Fe2O3光催化还原Cr(Ⅵ)的研究

用纳米Fe2O3悬浮体系成功地进行了光催化还原Cr(Ⅵ)，提出了光催化还原Cr(Ⅵ)的最佳条件，确立了在溶液中H2SO4浓度为0．5mol/dm^3，在质量浓度为80mg/dm^3的50cm^3Cr(Ⅵ)溶液中，催化剂用量为0.2g，光照时间5h，Cr(Ⅵ)的光还原率达87％以上。同时，还探讨了无机离子对光催化还原Cr(Ⅵ)的影响。试验结果表明：纳米Fe2O3光催化还原Cr(Ⅵ)是可行的，符合一级反应速率方程：InC=-0．3623t 3．908。     

过渡金属离子Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用

25 ℃和pH 30～50条件下,研究了Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用.结果表明:避光条件下,Mn(Ⅱ)对草酸还原Cr(Ⅵ)有显著的催化作用,光照下其催化作用进一步得到提高.然而,避光条件下Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(VI)的影响甚微,但在光照条件下,Fe(Ⅲ)表现出极优越的催化作用.溶液pH值和照射光波长对反应有显著影响,Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的催化作用随pH值提高而减弱;紫外光照射下两金属离子的催化作用大于模拟日光照射的.因此,本研究结果对由Cr(Ⅵ)引起的土壤和水的污染治理具有理论和实践指导意义.     

Bacillus sp.T124对六价铬的生物还原

为进一步了解菌株还原Cr （Ⅵ）的机理,从矿区周边重金属污染土壤中筛选出一株对Cr耐受的菌株Bacillus sp.T124,对该菌株去除Cr （Ⅵ）的效率和Cr （Ⅵ）的还原产物进行了研究。结果表明：Bacillus sp.T124可以有效去除Cr （Ⅵ）,在Cr （Ⅵ）初始浓度为100 mg·L^-1的LB培养基中48 h还原率达到43.2%。此外,在作为菌体电子供体的6种碳源（葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、乙酸钠和甘露醇）中,果糖对Cr （Ⅵ）的还原效果最好,在不同共存离子存在条件下,HCO₃^-的添加对Cr （Ⅵ）的生物还原抑制作用最明显。扫描电镜（SEM）的结果显示,经Cr （Ⅵ）处理后的细胞形态未发生明显变化;X射线衍射（XRD）和拉曼图谱的分析表明菌株对Cr （Ⅵ）的还原产物为Cr₂O₃;傅里叶红外光谱（FT-IR）的结果表明还原过程有烷基和羧基以及多糖的参与,并且通过X射线电子能谱（XPS）的分析确定了去除Cr （Ⅵ）的途径为生物还原而非生物吸附。研究表明,生物还原是Bacillus sp.T124去除Cr （Ⅵ）的主要途径,碳源和共存离子是Bacillus sp.T124对Cr （Ⅵ）还原过程中的关键因素。     

耐高浓度铬(Ⅵ)细菌的分离筛选和鉴定

[目的]筛选耐高浓度Cr(Ⅵ)的细菌。[方法]以江苏某电镀厂排污口含Cr(Ⅵ)污泥为分离对象,采用选择压力法分离筛选出一批耐Cr(Ⅵ)细菌,测定分离得到的菌株耐不同浓度Cr(Ⅵ)的能力,并对9株高耐Cr(Ⅵ)细菌的分类地位进行了确定。[结果]从Cr污染土壤中筛选出26株能够耐受Cr(Ⅵ)的细菌,其中有9株细菌能够耐受300 mg/L及以上浓度的Cr(VI)。常规生理生化试验和16S rDNA测序结果表明,这9株细菌分别属于下列6个属:Arthrobacter、Bacillus、Ochrobactrum、Microbacterium、Amycolatopsis、Pusillimonas。[结论]这9株细菌在Cr(Ⅵ)污染生境的修复中存在潜在的应用价值。     

黑土无机纳米微粒对Cr(VI)光催化还原的试验条件研究

从黑土中提取铁、铝氧化物为主的无机纳米微粒,在紫外光照射下光催化还原Cr(Ⅵ),研究其行为及影响因素。结果表明:对50 mL反应液[(Cr(Ⅵ)质量浓度30 mg/L,黑土无机纳米微粒质量浓度6.5 mg/mL,H2SO40.5 mol/L]光照时间7 h,Cr(Ⅵ)的光催化还原率在90%以上,符合一级反应速率方程lnc=-0.366t 3.489。芳香族化合物对Cr(Ⅵ)的光催化还原有一定影响。     

硫掺杂零价铁去除Cr（Ⅵ）的机理及环境影响因素

为提高对六价铬[Cr_2O_7~(2-),Cr(Ⅵ)]的去除能力,采用硫代硫酸钠对零价铁(ZVI)进行改性。采用吸附实验研究所制备的硫化零价铁(S-ZVI)在不同环境条件下对溶液中Cr(Ⅵ)的去除能力,结合对材料的表征分析,探讨了S-ZVI去除Cr(Ⅵ)的机理。结果表明:硫掺杂后形成FeSx并覆盖在ZVI表层,所得S-ZVI的表面积约为ZVI的2倍。硫化改性有效地提高了材料对水体中Cr(Ⅵ)的吸附和还原能力。在pH为3时的吸附数据更符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,其中S-ZVI对Cr(Ⅵ)的去除量约为ZVI的3倍。反应后材料的解吸实验和XPS分析显示Cr(Ⅵ)大部分被还原为Cr(Ⅲ),并进一步被吸附沉淀。硫化改性提高了ZVI的导电能力,从而提高了ZVI在Cr(Ⅵ)还原过程中的电子传递速率。低pH值和高温更有利于两种吸附剂对Cr(Ⅵ)的去除,而腐植酸(HA)抑制Cr(Ⅵ)的去除。因此,S-ZVI对Cr(Ⅵ)的去除包括还原、吸附和共沉淀机制,S-ZVI较好的性能可能与其良好的电化学特性和较大的表面积有关。     

羟基铝改性有机膨润土对Cr(Ⅵ)吸附效果的研究

采用羟基铝改性有机膨润土(organic bentonite modified by hydroxy aluminum,OBA),以提高改性有机膨润土(organic bentonite,OB)对Cr(Ⅵ)的吸附能力。探讨了OBA用量、温度和p H值对Cr(Ⅵ)吸附能力的影响,以及OBA对Cr(Ⅵ)的吸附热力学和吸附动力学过程。结果表明,OBA对Cr(Ⅵ)的吸附能力显著高于OB;温度越高,吸附能力越差,最佳温度为25℃左右;在酸性条件下,p H值对OBA吸附Cr(Ⅵ)的影响较小;在碱性条件下,随着p H值提高,其吸附率降低;OBA对Cr(Ⅵ)的吸附符合Langmuir吸附等温曲线,最大吸附量为14.992 5 mg·g-1;OBA对Cr(Ⅵ)的吸附动力学方程符合伪二级动力学方程;OBA吸附Cr(Ⅵ)后可以脱附再生,但是,脱附再生后,Cr(Ⅵ)的吸附能力降低。     

生物炭基硫酸盐还原菌（SRB）对Cr（Ⅵ）的吸附效应及作用机制

分别在300、500℃和700℃下制备水稻、小麦和玉米秸秆生物炭,对比以不同类型生物炭为载体制备的炭基硫酸盐还原菌(SRB)对Cr(Ⅵ)的吸附效应,筛选出吸附效果最佳的炭基菌剂。采用扫描电镜、傅里叶红外光谱和比表面积测试仪对生物炭进行表征分析,研究了溶液pH、吸附时间、生物炭添加量和Cr(Ⅵ)初始浓度对炭基SRB吸附Cr(Ⅵ)的影响,并结合吸附动力学和等温吸附模型探讨其对Cr(Ⅵ)的吸附过程及作用机制。结果表明:以700℃限氧热解小麦秸秆(XM700)为载体制备的炭基SRB(IBXM700)对Cr(Ⅵ)的吸附效果最佳,其最佳吸附条件为pH=5、生物炭添加量0.6 g·100 mL~(-1)、吸附时间24 h、Cr(Ⅵ)的初始浓度100 mg·L~(-1);IBXM700对Cr(Ⅵ)的吸附更符合拟一级动力学,以离子交换和表面物理吸附为主,以化学吸附作用为辅,其等温吸附符合Langmuir模型,属于单分子层吸附;SRB能还原SO_4~(2-)为S~(2-),或分泌还原酶将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),从而达到去除目的。研究表明,IBXM700去除Cr(Ⅵ)的主要机制为吸附作用与还原作用。     

膨润土改性及对水中Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

【目的】提高膨润土对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能。【方法】采用氢氧化钠和壳聚糖对膨润土进行改性,分别得到碱改性膨润土(B-NaOH)、壳化膨润土(B-CS)和壳化碱改性膨润土(B-NaOH-CS)。以钠基膨润土(B)为对照,利用红外光谱仪、扫描电镜和比表面积分析仪表征3种改性膨润土的理化性质,研究其对Cr(Ⅵ)的吸附性能。【结果】B-NaOH-CS中出现了强N—H吸收峰以及增强的C—H对称弯曲峰,同时B-NaOH-CS表面片状结构卷曲分散,层间孔隙增多,比表面积是其他膨润土的1.2倍以上。当Cr(Ⅵ)质量浓度为50 mg·L~(-1)时,B-NaOHCS对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量为1.03 mg·g~(-1),分别是B-CS、B-NaOH的1.26、1.84倍。描述膨润土吸附Cr(Ⅵ)的动力学过程,准二级动力学模型优于准一级动力学模型;描述膨润土吸附Cr(Ⅵ)的热力学过程,Langmuir等温模型优于Freundlich等温模型。热力学参数△H0、△G0、△S0,表明膨润土吸附Cr(Ⅵ)为吸热、自发、无序反应。B-NaOH在pH=7.0时对Cr(Ⅵ)的吸附量最大,B-CS、B-NaOH-CS在pH=3.0时对Cr(Ⅵ)的吸附量最大。【结论】B-NaOH-CS对Cr(Ⅵ)的吸附效果最好,改性膨润土对去除Cr(Ⅵ)污染有重要作用。     

气体模板法FeMoO4中空微球的合成及其对Cr(VI)的光催化还原

在乙二醇溶剂中以硝酸铁、钼酸铵为原料制备具有可见光催化活性的钼酸亚铁中空微球,通过X-射线粉末衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱、比表面及孔径分析等分析手段对其物相组成、结构形貌等进行了表征,并提出了纳米层状材料在气体模板上堆积形成微米球的生长机制。结果表明,制备的钼酸亚铁中空微球对Cr(Ⅵ)有良好的吸附及光催化还原能力,在可见光条件下其对Cr(Ⅵ)的光催化还原行为符合准一级动力学特征,在pH值为2时,反应速率常数为2.15×10~(-2)min~(-1)。X-射线光电子能谱、电感耦合等离子体质谱及循环实验表明,钼酸亚铁中空微球在光催化过程中具有良好的化学稳定性和稳定的光催化活性。     

腐植酸、EDTA、Cr(Ⅵ)调控猪粪尿废水异化Fe(Ⅲ)还原偶联VFAs的转化能力比较

以人工合成Fe(OH)3作为电子受体,在猪粪尿废水中添加具有铁还原能力的菌株,厌氧恒温培养,通过对猪粪尿废水中添加不同浓度腐植酸、EDTA、Cr(Ⅵ),揭示3种典型理化因素调控猪粪尿废水中异化Fe(Ⅲ)还原偶联挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFAs)转化能力。结果表明,电子穿梭体腐植酸促进Fe(Ⅲ)还原,加速VFAs降解,而络合剂EDTA和重金属Cr(Ⅵ)则会阻碍Fe(Ⅲ)还原,减缓VFAs降解。虽然三种影响因子影响机理不同、途径不同,但最终Fe(Ⅲ)还原和VFAs平衡点不变。