bacillus cereus cd01自诱导ph对镉矿化和土壤镉形态的影响机制

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1、学校代码10530学号201510151603分类号X53密级硕士学位论文BacilluscereusCd01自诱导pH对镉矿化和土壤镉形态的影响机制学位申请人王薇指导教师李峰副教授学院名称环境与资源学院学科专业环境科学与工程研究方向环境化学与监测二零一八年六月六日Theeffectmechanismsofself-inducedpHoncadmiumbiomineralizationandcadmiumchemicalspeciesinsoilbyBacilluscereusCd01CandidateWeiWangSupervisor

2、AssociateProfessorFengLiCollegeCollegeofEnvironmentandResourcesProgramEnvironmentalScienceandEngineeringSpecializationEnvironmentalChemistryandMonitoringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJun6th2018摘要我国南方稻田土壤重金属污染严重，导致“镉米”事件频发，对国家粮食安全和民众健康造成巨大危害。我国人

3、多地少，在轻度、中度重金属污染稻田土壤上生产安全农产品，就亟需开发经济、高效和简单的稻田土壤重金属污染修复技术。为此，本论文利用从镉污染土壤中筛选出一株具有较强耐镉能力的蜡样芽孢杆菌(BacilluscereusCd01)，研究了该菌自诱导培养介质pH变化对Cd2+在菌体上的吸附、积累和生物矿化的影响机制，并探讨了该菌改变土壤中镉化学形态的作用机制，以期在休耕期利用土著细菌生物矿化重金属镉，降低镉的生物有效，实现在轻度、中度重金属污染稻田上生产安全稻米。本论文取得了以下有价值的研究结果：(1)筛选出1株高效耐Cd2+(5mmol/L)能

4、力的蜡样芽孢杆菌(BacilluscereusCd01)(GenBanK登录号为MF351763)，作为专利菌株保藏于中国典型培养物保藏中心(保藏编号为CCTCCM2017358)。(2)阐明了Cd01菌自诱导培养介质pH值影响Cd2+在菌体的吸附和积累的作用机制。生长前期pH从6.8下降到6.1时，因H+增加了静电斥力，而且，细胞界面疏水性和细胞膜流动性的下降，从而抑制了Cd2+的吸附。生长后期pH由6.4增加到7.4，因H+减少，静电作用由斥力变为引力，而且，细胞界面疏水性和细胞膜流动性升高，促进了Cd2+的吸附。Cd2+主要吸附在

5、细胞壁上，且随Cd2+浓度从0.2增加到1.0mmol/L，Cd2+在细胞壁的吸附量由1.19增加到11.11μmol，但细胞内Cd2+的积累量仅从0.35增加到2.76μmol。(3)明确了Cd01菌在培养后期(48h-72h)可将吸附在菌体表面和积累到菌体内的Cd2+生物矿化成镉的硫化盐、磷酸盐和氢氧化物。TEM-EDS、SEM-EDS分析得出形成的矿化颗粒含硫、磷和镉三种元素；XPS分析证实矿化颗粒是CdS、Cd-PO4和Cd(OH)2；HRTEM和SAED分析获得矿化颗粒存在明显的晶型结构，具有d(200)和d(111)两种晶格

6、，属于混晶。酸浸实验显示矿化颗粒在24h中没有Cd2+溶出，说明Cd2+的生物矿化颗粒性质稳定。(4)证实了Cd01菌接种至镉污染的稻田土壤可改变土壤Cd的化学形态，有效降低Cd的生物有效性。Cd01菌接种到镉污染稻田土壤中，在10天内，土壤pH由6.4增加到7.4，土壤交换态的镉降低了11%，Cd01菌在土壤中的相对丰度增加了80%。因此，Cd01菌可降低土壤可交换态镉含量和镉的生物有效性，而且Cd01菌能在土壤中存活并有逐步成为优势菌群的能力。关键词：蜡样芽孢杆菌；土壤；镉；生物修复；生物矿化IAbstractThepaddysoi

7、lscontaminatedwithheavymetalshavebeencausingmany“Cadmium-rice”eventsinsouthernChina,whichhasgreatdamagetonationalfoodsecurityandpublichealth.Basedonournationalsituationsofmorepeopleandlessland,safeagriculturalproductsneedbeproducedonthemildormoderateheavymetal-contaminat

8、edpaddysoils,whichisurgenttodevelopaneconomical,efficient,andsimpletechniqueforremediationofheavymetal-