乳酸菌对重金属镉的耐受性和吸附机制研究

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1、暨南大学硕士学位论文题名（中英对照）：乳酸菌对重金属镉的耐受性和吸附机制研究MechanismofCadmiumResistanceofLacticAcidBacteria作者姓名：熊婧指导教师姓名吴希阳及学位、职称：博士教授学科、专业名称：工学食品科学学位类型：学术学位论文提交日期：2015年5月15日论文答辩日期：2015年5月21日答辩委员会主席：夏延斌教授(湖南农业大学)论文评阅人：邓小玲主任技师(广东省疾病预防控制中心)张宁副教授(暨南大学)学位授予单位和日期：暨南大学摘要重金属镉通过各种来源进入到环境中，从而导致农产品和食品污染。镉的摄入会对人体的

2、器官和各个系统造成危害。使用食品安全级的乳酸菌去除食品和人体中的镉成为了新的研究方向。本论文通过筛选耐镉乳酸菌、研究菌株对镉的耐受性和吸附机制，对其作为镉吸附剂的可行性进行了评估，具体工作如下：1.从土壤和人粪便样品中分离出104株对重金属镉有较高耐受能力的疑似乳酸菌，通过最低抑菌浓度（MIC）测定筛选出11株耐受高浓度镉（MIC≥4.0g/L）的菌株，经细菌16SrRNA测序鉴定出7株为乳酸菌；同时对17株实验室保藏的标准乳酸杆菌进行MIC测定，筛选出4株对镉具有高耐受性的乳酸杆菌（MIC≥4.0g/L）。2.对乳酸菌的镉吸附能力进行初步探索，发现对镉耐受的

3、乳酸菌均具有镉吸附能2+力，以上11株对镉具有高耐受能力的乳酸菌在100mg/LCd水溶液中的吸附率达到21.0~31.4%。根据吸附效率选取4株菌，MT2-4(Enterococcusfaecium)、MT3-5(E.faecium)、RW2-4(E.faecalis)和LAB-5(Lactobacillusrhamnosus)对其镉吸附特性进行了考察，针对6个影响因素：pH、时间、温度、金属离子浓度、菌体浓度和菌体预处理对吸附的影响。结果显示：（1）镉离子初始浓度的增加使吸附量上升，吸附率总体呈下降趋势；（2）菌体浓度升高使吸附量降低、吸附率上升；（3）随

4、着吸附时间的延长，吸附量和吸附率逐渐增加，在60~120min达到平衡；（4）pH对4株乳酸菌的影响不一样，其中pH7.0为MT2-4、MT3-5和RW2-4的最佳pH值，pH4.0~6.0为LAB-5的最佳pH；（5）温度对乳酸菌的影响不大；（6）菌体预处理后的失活菌体对镉的吸附能力增加。综合认为乳酸菌的最佳吸附条件为100mg/L镉离子浓度、5g/L菌体浓度、pH=6.0~7.0、37°C、60~120min。3.以1株低耐受菌株LAB-54(L.plantarum)作为对照，使用红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）3种分析手段结合

5、研究分析RW2-4、MT3-5和LAB-5与镉吸附前后的细胞微观结构及形态变化，证明了细胞组成成分参与了镉离子与乳酸菌的相互作用，参与官能团有羟基（O-H）、羧基（C=O）、磷酸基（P=O）、酰胺基（N-H）、烃基（C-H）。镉离子使细胞的微观结构受到了严重破坏，处理后的细胞出现变形、扭曲、凹陷、粗糙、皱褶、破裂、穿孔等现象，镉离子微沉淀附着在胞壁和胞质中。推测乳酸菌与镉相互作用的吸附机制包括胞外的络合反应、离子交换、I物理吸附（静电引力）、微沉淀和胞内扩散。4.以低耐受菌株LAB-54作为对照，与LAB-5同时进行镉的驯化培养。通过生长曲线测定对这2株乳酸菌

6、在重金属镉驯化过程中产生的变化进行研究，发现在驯化过程中，乳酸菌对新环境有一个短暂的适应阶段，随着镉离子浓度不断地提升，细菌所需的适应时间延长。显示受镉胁迫的乳酸菌为了适应压力，启动了自身保护机制，降低了新陈代谢的速率，到达新环境后代谢速率提升缓慢。此外，使用PCR和脉冲场凝胶电泳技术（PFGE）对驯化后菌株的稳定性进行研究分析。LAB-54不携带cadA耐受基因，高耐受性乳酸菌LAB-5携带cadA，驯化前后该基因序列未发生变化，该基因与镉耐受性的关联则需进一步研究。驯化前后的LAB-5和LAB-54各自拥有专一的PFGE指纹图谱，证明了驯化前后菌株的亲本关

7、系，驯化过程中不存在基因片段的重大缺失，确证了乳酸菌的稳定性及驯化的安全性。本研究所筛选的乳酸菌为来源于人体胃肠道中的安全菌株，对其作为能够吸附重金属镉并具有解毒作用的肠道益生菌提供初步理论基础。关键词：乳酸菌；镉耐受性；吸附机制；驯化；脉冲场凝胶电泳IIAbstractHeavymetalcadmium(Cd)hasbeenreleasedintotheenvironmentfrombothnaturalandanthropogenicsourceswhichcontaminatedfoodsandagriculturalproducts.Oralinges

8、tionofCdwouldleadto