生物科学毕业论文.doc
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1、曲 靖 师 范 学 院本科毕业论文论文题目:高速公路铅耐受菌株的筛选作 者: 徐刚 学号: 2008133236 院 系:生物资源与环境科学学院 年级:2008级 学 科: 理学 专业: 生物科学 指导教师: 王俊杰 职称: 副教授 完成时间: 2012年5月20日 曲靖师范学院生物资源与环境科学学院曲靖师范学院 本论文(设计)经答辩小组全体成员审查,确认符合曲靖师范学院本科(学士学位)毕业论文(设计)质量要求。 答辩小组签名主席姓 名工 作 单 位职 称成员 答辩日期:原创性声明本人声明:所呈交的论文(设计)是本人在指导教师指导下进行的研究工作成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文(
2、设计)中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所作的任何贡献已在论文(设计)中作了明确的说明并表示了谢意。签名: 日期: 。论文(设计)使用授权说明本论文(设计)作者完全了解曲靖师范学院有关保留、使用毕业(学位)论文(设计)的规定,即学校有权保留论文(设计)及送交论文(设计)复印件,允许论文(设计)被查阅和借阅;学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。签名: 指导教师签名: 日期: 。高速公路附近铅耐受菌株的筛选摘要本实验从昆曲高速周边采集土壤,稀释浓度后,通过设置Pb2+浓度梯度采用涂布法进行筛选,从菌落生长旺盛的筛选培养基中挑取单菌落采用划线分离法进一步分离
3、纯化,得到一株耐铅菌株。将该菌株接种于更高Pb2+浓度梯度的筛选培养基中,确定其最高耐铅浓度。对筛选菌株形成的菌落进行外部形态观察,并对其菌体进行简单染色后镜检,从而得到其菌落/菌体形态。通过分析结果可得:该菌株最高耐受Pb2+的浓度为700mg/L;菌落形态不规则,呈乳白色,表面湿润,简单染色后的菌体呈紫色,杆状。关键词 耐铅菌株 筛选 铅耐受性Highway near the lead tolerate isolation of strainsAbstract In this study, soil collected from the Kunqu high-speed periphera
4、ls, dilution, filter by setting the gradient of the concentration of Pb2 + using the coating method, single colonies were picked from colonies growing in the filter medium crossed separation is furtherpurified to obtain aresistance to lead strain. Inoculated with the strain at higher Pb2 + concentra
5、tion gradient in the filter medium, to determine the highest concentration of lead resistance. External morphology, colony formation on the screening strain and its bacterial simple staining, microscopy, colony / cell morphology. Available through the results of the analysis: the maximum tolerance o
6、f this strain of Pb2+ concentration was 700mg / L; irregular colony morphology, milky white, surface moist, bacteria stained purple, rod-shaped.Key words Resistance to lead strains Filter Lead to lerance目 录1 引言11.1铅污染治理的传统方法11.1.1物理吸附法11.1.2沉淀法1021.2新兴的治理方法生物吸附法1121.3以微生物作为吸附材料的国内外研究21.3.1微生物去除重金属离子
7、的原理和过程31.3.2影响微生物去除重金属离子的因素31.4研究目的及意义52材料与方法52.1实验材料52.1.1对照菌株52.1.2供试菌株52.1.2培养基52.1.3试剂62.1.4仪器62.2实验方法62.2.1采样62.2.2筛选62.2.3 纯化62.2.4 菌株对Pb2+的耐受性试验62.2.5筛选菌株的镜检实验72.2.6生长曲线的测定73 实验结果73.1涂布分离结果73.2菌株对Pb2+的耐受性试验结果83.3 纯化和镜检结果93.4 Pb2+耐受性菌株生长曲线94 讨论与分析105 结论116 不足与展望116.1不足116.2展望11参考文献12致 谢141 引言随
8、着环境污染的加剧,据相关国外研究表明人均从空气、水和食物中吸收大约20至50微克的铅。铅是一种严重的环境毒和神经毒。六十年代以后,人们发现即使是微量的铅也能影响婴幼儿和儿童的智力发育和神经行为。铅的主要污染源是蓄电池、冶炼、五金、机械、涂料和电镀工业等排放的废水,铅是我国实施排放总量控制的指标之一。我国公路建设经过20多年的快速发展,到2002年底通车总里程已达到160万km。同时,机动车的保有量已达2000万辆,其中汽油车占汽车总量的90%以上1,每年消耗的汽油近4000万吨2.为提高汽油的抗爆震性,作为添加剂的四乙基铅长期在汽油中得到使用,所以机动车尾气排出的含铅颗粒物成为危害严重的污染源
9、之一3。我国从2000年起全面停止含铅汽油的使用,因此大大降低了汽车尾气中的铅含量,但“无铅汽油”的推广使用并不是汽油中没有铅,其对环境的影响程度还有待时间来证明。重要的是铅在土壤中的积累已经比较明显,并且铅不可以经过自然降解而得到消除,相反土壤中的铅会随着环境要素的流动和食物链的转化而影响人体健康,土壤的铅污染问题必须得到有效解决。1.1铅污染治理的传统方法含重金属废水的处理方法主要有离子交换法、不溶性络合物法、电解法、反渗透法、气浮法、沉淀法、吸附法4酸性溶液洗涤法5等。1.1.1物理吸附法竹炭是一种多孔性物质,具有较大的比表面积,因而具有强吸附性。竹炭作为一种新型材料,在对重金属离子的吸
10、附的环境保护等领域具有广泛的应用前景6-7。以竹炭作吸附剂成为一种有效的从废水中除去重金属的节俭的吸附剂。具体操作8-9是在醋酸钠-醋酸体系(最佳吸附酸度PH=3.26.2)中,在一定浓度、一定体积的铅溶液中,吸附剂投放量越大,比吸附量越小,但总的去除率越大。在吸附剂量一定和一定体积的溶液中,吸附质浓度越大,比吸附量越大。吸附剂的颗粒越小,比吸附量越大,吸附平衡时间约为180min。用水+微波加热方法洗脱再生,再生吸附能力可恢复到96%以上。在T=98k和T=308k时,竹炭对铅的等温吸附服从Freundlich吸附等温方程式,在较低温度下吸附较容易进行。1.1.2沉淀法10废水引入储水调节池
11、,初步对废水的水量进行调节,然后泵至pH调节反应罐,用硫酸将pH调到偏酸性(pH=2.6-3),使可能存在的表面活性剂及整合物等有机物凝集。同时加入FeCl3,然后进入化学反应罐,加入NaOH,调节pH在8.6-8.8,进行搅拌使之迅速生成金属氢氧化合物沉淀。反应后,污水流经絮凝反应堆,在此加入高分子助凝剂PAM,继续搅拌使絮体变大,在斜板沉淀池沉淀,上清液经快速砂滤器进一步截流未沉淀的SS,滤后水经选择性阳离子交换柱进一步去除残余重金属离子。出水至pH调整池将pH微调至中性后达到排放标准。沉淀池污泥定期送至污泥浓缩池,再经板框压滤机压滤脱水后外运无害化处理。污泥浓缩池上清液出水和压滤水(脱水
12、)返回到储水调节池。当离子交换树脂柱饱后,用10%盐酸对树脂进行再生,再生的酸性液送往储水调节池与原度水混合处理(纯水制造树脂再生时产生的盐酸废水也一起处理),可节省pH调节反应堆的加酸量。虽然这些方法也能达到一定的净化效果,但因过程繁琐并易造成二次污染而不够理想,尤其是当金属离子浓度较低时,往往操作费用和原料成本过高使应用受到限制。1.2新兴的治理方法生物吸附法11近年来,一种新兴的技术生物吸附法去除工业废水中重金属离子技术,以其价廉、节能和吸附效率高等优点而为人们所关注。生物材料与离子的结合作用叫作生物吸附。研究表明,一些生物材料能在含有较高浓度有毒金属的溶液中生长,并能进行生物浓缩。生物
13、体内的主要配体有蛋白质、多肽、核酸、多糖和脂类等生物大分子,具有较大的表面积和粘性,带有一定的负电荷,能提供许多可与金属离子相结合的活性集团,如羧基、氨基、羟基、酰胺基等配体12。国内外有关生物吸附重金属离子的研究报道很多 ,所涉及的生物材料从原核生物中的细菌、放线菌,真核微生物中的酵母菌、霉菌,到蛋壳膜、植物材料13-15。1.3以微生物作为吸附材料的国内外研究应用微生物去除工业废水中的重金属离子或者回收、利用这些重金属离子具有广阔的应用景。近些年来有关利用微生物去除水溶液中的重金属离子在国外已有很多报道16。与传统方法相比,该方法具有原材料来源丰富、操作成本低、去除速度快、去除量大等优点,
14、受到越来越多的重视,对许多微生物例如少根根霉(Rhizopus arrhizus)17,黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)22等去除重金属离子的性质已有了广泛的研究。1.3.1微生物去除重金属离子的原理和过程微生物可以去除水溶液中的重金属离子,其主要原因是微生物细胞能够将溶液中的重金属离子吸附到细胞表面,然后通过细胞膜将重金属离子运输到细胞体中”积累”起来18,这样就可以达到对重金属离子的去除效果。AnoopK19通过实验证明:微生物细胞壁化学功能团(氨基、羧基、磷酸基等)对重金属离子具有吸附作用,能将溶液中的重金属离子吸附到细胞表面。重金属离子进入生物细
15、胞内的过程是通过细胞运输来完成的,重金属离子在生物体内的运输有多种方式:(l)通过细胞的多孔结构,重金属离子从高浓度的溶液中扩散到低浓度细胞中,这种运输方式不依赖于生物细胞的代谢活动,称之为“生物去除”或“被动运输”20,这是一种非定向性的运输方式,它可以运输重金属离子、核酸、与细胞生理代谢有关的各种物质。(2)重金属离子也可以在细胞的生理代谢过程中,通过细胞膜运输到细胞体中。这种运输方式被称为是“主动运输”。“被动运输”和“主动运输”都可以被称为是“重金属离子在生物体内的积累”。Gadd 等21人通过实验证明:当水溶液中重金属离子浓度较高时,微生物细胞对重金属离子的运输方式主要是“被动运输”
16、。Yetis22 等人通过实验证实了微生物对重金属离子的去除过程分两个阶段进行:第一个阶段是溶液中的重金属离子与微生物细胞壁的功能基团(COOH、NHZ、=NH、SH、OH)的结合过程,该过程反应迅速,所需时间较短;第二个阶段则是与功能基团所结合的重金属离子在细胞膜内的扩散过程,该过程反应较慢,所需时间较长。1.3.2影响微生物去除重金属离子的因素在微生物对重金属离子的去除过程中,有很多因素对去除过程起着制约作用,主要表现在以下几个方面。1.溶液的 pH 值早期研究表明23:溶液 pH 值的变化会直接影响重金属离子在水溶液中的溶解程度和微生物细胞壁功能基团(COOH、NHZ、=NH、SH、OH
17、)的解离程度,从而影响了微生物对金属的去除作用。Anoop K19等人通过实验证明:当溶液的 pH 值较低时,微生物对重金属离子的去除受到抑制,这可能是低 pH 条件下,溶液中含有的大量 H+,与金属离子竞争细胞壁功能基团,从而影响了微生物对重金属离子的去除效果;当溶液的 pH 值升高时,由于去质子化作用,细胞表面的负电荷密度增加,故对重金属离子的去除能力增加。吴涓24利用 phanerochaete chrysosporium 对 Pb2+、Zn2+、Cu2+ 进行去除研究表明:在同一条件下,phanorochaete chrysosporium 对不同的重金属离子的去除能力不同,这可能是不
18、同的重金属离子具有不同的物理和化学性质;Roux25等人经过实验表明:微生物在除重金属离子时都有一个最适 pH 值。2.离子浓度离子浓度是影响微生物对重金属离子去除作用的一个重要因素。一般说来,微生物对重金属离子的去除速度随着重金属离子浓度的增加而增加,浓度越大,去除的初速度越大,但其去除率较低;浓度越低,去除的初速度较小,但去除率较高。Anoop19等人利用曲霉菌 Aspergillus niger:去除 Cd2+、Pb2+、Cu2+ 时发现:Aspergillus niger 对单一重金属离子的去除能力大于其同时对两种或三种重金属离子。3.生物去除剂的预处理生物去除剂的预处理是指在去除重金
19、属离子之前对微生物进行物理或化学的处理(如对细胞进行干燥处理,用强碱、强酸溶液浸泡微生物细胞26,27等),预处理可提高微生物对重金属离子的去除能力和生物去除剂的稳定性,这对于我们发展生物去除剂具有重大的实用意义。AnoopK19利用 0.lmol/L NaoH 浸泡 Aspergillus niger:15min,并用此除去废水溶液中的 Pb2+:浸泡后的 Durvillaea potatorum 的去除能力可达2.26mg/g(干菌丝),比未处理高出 255%,且可以重复使用 5 次。碱处理可增加微生物去除能力,其原因可能是碱处理可以除去细胞壁的无定型多糖,改变了葡萄糖和甲壳素的结构,从而
20、允许更多的 Pb2+ 去除到表面28。同时,NaOH可溶解细胞壁上一些不利于去除的杂质,暴露出更多的结合点,使去除量增大.而吴涓29等人在利用0.1mol/LHCl溶液处理过的Phanerochaetechrysosporium 去除 Pb2+过程中发现:平衡时的去除率比未处理过的下降 41%,其原因还有待于研究。4.其它因素对重金属离子去除的影响吴涓24等人通过实验证明: Phaneroohaete chrrysosporium 对 Pb2+ 的去除过程中,开始反应的一段时间(10min)内其去除率达到 76.83%,而后去除率增长缓慢直到反应达到平衡。以上研究说明:在微生物去除重金属离子过
21、程中,去除率的大小与时间关系不大,只与去除反应是否达到平衡有关。另外,菌体的不同生长状态对重金属离子的去除作用也有一定的影响:Yetis22等人曾经用 Phanorochaete chrysosporium 不同状态(休眠、生长、衰退)的细胞对 Pb2+ 的去除性质进行研究,结果发现:休眠状态的细胞的去除率最高,而生长状态细胞的去除率最低,这可能是 Pb2+ 对细胞的生理代谢活动有害,从而降低了PhanorochaeteChrysosporium 对 Pb2+ 的去除;此外,温度对微生物去除全属离子有一定的影响。吴涓24等人研究表明:在 Phaneroohaete chrysosporium
22、去除 Pb2+ 过程中,有一个最适的去除温度范围(25-35),在这个温度范围内,Phanoroohaete Chrysosporium 对 Pb2+ 的去除率较大。1.4研究目的及意义公路路域土壤的铅污染主要来源于汽车尾气,汽油中添加的四乙基铅在发动机里燃烧后成为铅化物粒子,以颗粒物的形式排入大气中,可以较长时间悬浮在空气中,并随风飘落在道路两侧和蔬菜上而造成污染人,最终使人体受到铅的危害。治理重金属污染的传统方法虽各有优点,但又不同程度地存在着投资大、能耗大、操作困难、易产生二次污染等不足。以微生物作为吸附材料制备的生物吸附剂处理和回收废水中的重金属与传统的处理方法相比,具有以下优点:(1
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