輻照條件下模擬放射性核素Sr2+的微生物吸附研究.pdf

1、鍶作為核爆、核事故等引起的全球性沉降中危害最大的核素之一，其污染具有隱蔽性和滯后性等特點(diǎn)。為尋求Sr2+的高效微生物吸附劑，探索微生物在放射性環(huán)境下對(duì)Sr2+吸附富集的可能性。實(shí)驗(yàn)以直接從自然環(huán)境（土壤）分離獲得菌株和利用工業(yè)酵母分別作為活菌體與死菌體的研究對(duì)象，開展特定輻照條件對(duì)實(shí)驗(yàn)微生物吸附特性影響對(duì)比研究。
　　在對(duì)活菌體微生物吸附劑的Sr2+吸附研究中，通過對(duì)土壤樣品中分離的47株微生物進(jìn)行Sr2+的吸附效果對(duì)比分析，確定

2、其中1株真菌和11株細(xì)菌對(duì)Sr2+的吸附效果較好。經(jīng)過長期反復(fù)在含Sr2+培養(yǎng)液中的脅迫誘導(dǎo)馴化，所選12株菌在含Sr2+液體培養(yǎng)基中的生長能力、吸附效率及吸附速率均有增強(qiáng)。其中，各土壤分離菌的最大生長速率(υO(shè)Dmax）位置整體提前了0.5d，各菌株吸附吸附平衡基本出現(xiàn)在2.0d～3.0d之間，較馴化前提前了1.0d～2.5d。并通過研究確定實(shí)驗(yàn)條件下較佳吸附條件為初始pH=6.0～7.0，初始接種量Vi=0.5mL/25mL(1/5

3、0)，初始Sr2+濃度C0=25mg/L～100mg/L。
　　各株菌對(duì)Sr2+動(dòng)力學(xué)吸附過程為初期吸附平衡、快速吸附增長和二次吸附平衡等三個(gè)吸附階段（10＃菌只有后兩個(gè)吸附過程），且三個(gè)階段均符合準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，分階段擬合結(jié)果也足反映了活菌體吸附過程復(fù)雜，不僅在于復(fù)雜的吸附機(jī)理，還有其吸附體系的復(fù)雜性。在對(duì)各株土壤分離菌吸附Sr2+進(jìn)行等溫吸附模型擬合時(shí)發(fā)現(xiàn)，各菌的Sr2+吸附對(duì)Langmuir均比Freundlich吸附

4、模型要符合的好，相關(guān)系數(shù)R基本在0.98以上，但對(duì)qmax分析認(rèn)為，Langmuir吸附模型對(duì)于活菌體吸附Sr2+的研究具有一定局限性。
　　各株菌吸附Sr2+的等溫吸附類型參數(shù)KR均小于0.82，確定其對(duì)應(yīng)等溫吸附類型為有利于吸附行反應(yīng)進(jìn)行。各株菌在30℃、pH7.0等實(shí)驗(yàn)條件下，其△G0均為負(fù)值，表明實(shí)驗(yàn)條件下各株菌對(duì)Sr2+的吸附均能自發(fā)進(jìn)行。
　　通過對(duì)各株土壤分離菌進(jìn)行輻照條件下篩選及吸附特性研究過程中發(fā)現(xiàn)，0.5

5、kGy和1.0kGy的輻照劑量下，觀察所選12株土壤分離菌在平板上的生長情況，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)菌株的生長受到明顯抑制，但輻照情況下有無Sr2+對(duì)于各菌株的菌落形成無明顯影響。其中6＃菌在所有實(shí)驗(yàn)菌株中對(duì)輻照的耐受性最好，最后對(duì)相對(duì)耐輻照的高效土壤分離細(xì)菌進(jìn)行16S rDNA序列測定并與GeneBank數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，表明該菌株屬于芽孢桿菌屬(Bacillus)，與短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）序列相似性高達(dá)100％。

6、r>　　輻照條件下液相吸附實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，就整個(gè)動(dòng)力學(xué)吸附曲線而言，輻照組菌體對(duì)液相中Sr2+的吸附比無輻照對(duì)照組有遲滯現(xiàn)象，而接種12.0h實(shí)驗(yàn)組受輻照影響比接種1.0h實(shí)驗(yàn)組受輻照的影響要小些。先吸附Sr2+再輻照實(shí)驗(yàn)顯示，處于吸附初期階段(1.0d～2.0d)的實(shí)驗(yàn)組受輻照的影響較為顯著，而吸附后期輻照前后吸附效率差值不超過1.00％。先輻照后吸附Sr2+實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，吸附時(shí)間對(duì)各菌株對(duì)Sr2+吸附效果的影響比輻照影響更顯著。
　　從

7、不同輻照條件實(shí)驗(yàn)下各菌株的FTIR譜圖變化情況來看，來自菌體細(xì)胞上的多糖、蛋白質(zhì)酰胺、脂類等成分變化，反映了實(shí)驗(yàn)輻照條件對(duì)各菌株產(chǎn)生的具體損傷作用，且輻照條件下液相中的Sr2+具有一定協(xié)同損傷作用。
　　在對(duì)以面包酵母菌為對(duì)象的死菌體吸附Sr2+研究過程中，通過批量實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)確定酵母菌對(duì)Sr2+較佳吸附條件為:pH=4.0～5.5，吸附溫度T=20℃～40℃，酵母菌施加濃度Cm=2.0～6.0g/L，Sr2+初始濃度C0=0.25

8、～1.0mmol/L。FTIR分析認(rèn)為，酵母菌吸附Sr2+的過程的確存在化學(xué)吸附過程;相對(duì)而言，酵母菌細(xì)胞上的多糖、蛋白質(zhì)酰胺成分更多地參與了對(duì)Sr2+的吸附過程。
　　1.0kGy劑量輻照面包酵母菌，發(fā)現(xiàn)輻照前后其在不同溫度下對(duì)Sr2+的等溫吸附結(jié)果均能很好符合Langmuir和Freunlich兩個(gè)吸附模型。同時(shí)，根據(jù)其對(duì)應(yīng)KR取值在0.88＜KR＜0.11范圍內(nèi)，判定其吸附反應(yīng)與土壤分離菌活體吸附結(jié)果一樣，各實(shí)驗(yàn)溫度下有利于

9、酵母菌對(duì)Sr2+的吸附反應(yīng)進(jìn)行。對(duì)輻照前后不同溫度下酵母菌吸附Sr2+的熱力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，其自由能△G0均為負(fù)值，且輻照后的菌體對(duì)應(yīng)△G0比輻照前的要低。這首先說明實(shí)驗(yàn)條件下輻照前后酵母菌對(duì)Sr2+的吸附反應(yīng)都能夠自發(fā)進(jìn)行，同時(shí)也能反映出實(shí)驗(yàn)條件下，輻照和溫度提高均能有利于酵母菌對(duì)Sr2+吸附反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行。
　　對(duì)輻照前后酵母菌吸附Sr2+的動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，酵母菌對(duì)Sr2+的吸附是一個(gè)快速進(jìn)行的反應(yīng)過程，30℃下吸附速度要略快一些

10、;且整個(gè)吸附動(dòng)力學(xué)過程中，qt均存在30℃＞20℃＞10℃。另外，輻照后酵母菌對(duì)Sr2+的吸附效果比相同溫度條件下輻照前實(shí)驗(yàn)組要略好。各實(shí)驗(yàn)溫度下酵母菌對(duì)Sr2+的動(dòng)力學(xué)二級(jí)吸附速率方程擬合結(jié)果中R均在0.999以上，擬合程度較好。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算獲得酵母菌輻照前后吸附Sr2+的反應(yīng)活化能Ea分別為9.955kJ/mol和9.162kJ/mol。這一定程度上能夠表明實(shí)驗(yàn)條件下的輻照更有利于酵母菌對(duì)Sr2+的吸附反應(yīng)順利進(jìn)行。
　　

11、酵母菌對(duì)5種重金屬離子與Sr2+吸附的效果綜合分析發(fā)現(xiàn)，其對(duì)所選二價(jià)離子的吸附具有相似性特性。在相對(duì)最佳吸附條件:pH=4.5，Cm=4.0 g/L，C0=1.0mmol/L下，對(duì)酵母菌對(duì)6種重金屬離子的動(dòng)力學(xué)吸附過程中，其單位吸附量qt和n大小順序均為:Pb2+＞Cd2+＞Sr2+＞ Cu2+＞Zn2+＞ Ni2+。
　　通過論文研究結(jié)果認(rèn)為，從無放射污染土壤中分離的菌株，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)條件下的脅迫誘導(dǎo)馴化，可以提高其對(duì)Sr2+的吸附