丝状真菌Aspergillus niger A80胞外多聚物的生成特征及其对重金属(Zn、Cd和Pb)的络合效能
微生物细胞分泌体外的大分子粘性高聚物，胞外多聚物（extra-celluar polymers, ECP），在生物膜法去除水体重金属中扮演重要角色，微生物ECP的产量、组成及结构等性质特征因微生物种类、生长条件和提取方法而存在较大差异，进而会影响与重金属的相互作用。本文以一株高产ECP的黑曲霉Aspergillus niger A80为实验材料，提纯、分析不同微生物生长阶段产生的ECP的数量、化学成分与结构，探析其与重金属离子（Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)）的络合作用及机理，并通过响应曲面法(Response surface methodology，RSM)对A.niger A80生产ECP的培养条件进行优化，旨在为深入了解水环境中重金属的迁移转化过程，进一步为揭示生物膜吸附重金属的机理提供重要参考。 主要研究结果如下： （1）离心-醇沉-透析法提纯的A.niger A80产生的ECP外观上为浅黄褐色、粘稠性较大（“剪切变稀”的假塑性流体特征），分子量>14600Da，SEM显示出表面多孔，复杂分枝的三维网状结构，FT-IR检测有较多的羟基、羧基等电负性基团，多聚糖为其主要的化学组分（占80％以上），且多聚糖主要由果糖、鼠李糖、葡萄糖和半乳糖等单糖构成。在A.niger A80的生长过程中，ECP产量呈现出逐渐减少的趋势，化学组成上呈现多糖含量减少，蛋白质含量基本不变，核酸含量升高的现象，分子量分布呈现先降低后增大的趋势等变化规律。 （2）A.niger A80的ECP对Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)有较强的络合作用（对Zn(Ⅱ)的最大络合容量（Qmax）37.3mg/g；对Pb(Ⅱ)的Qmax 28.5mg/g；对Cd(Ⅱ)的Qmax 24.7mg/g，且络合作用大小表现出6d ECP>10d ECP>3d ECP。 （3）ECP与重金属的络合动力学研究表明，A.niger A80的ECP对Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的络合过程大致分三个阶段：快速络合阶段、慢速络合阶段及络合平衡，且络合过程符合准二级动力学模型。热力学研究表明，ECP络合Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的过程符合Langmuir等温模型。 （4）A.niger A80的ECP中主要组分对重金属离子络合能力的大小顺序为：多糖（80%）>核酸（19%）>蛋白质（1%），且多糖中各类单糖的重金属离子络合力规律依次为：葡萄糖对Cd(Ⅱ)络合能力最强(57.93mg/g)；果糖对Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)络合能力较强，分别为31.00和31.17mg/g；半乳糖对Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)络合能力较强，分别为27.07和32.40mg/g；鼠李糖对Zn(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)络合能力较强，分别为23.12和22.75mg/g。 （5）基于中心组合设计的RSM法对A.niger A80生长的4个影响因子：乳糖投加量、酵母膏投加量、培养基pH和培养周期的优化研究表明：当乳糖投加量、酵母膏投加量、培养基pH和培养周期分别为120g/L，2.0g/L，6.5和116h时，ECP的产量最大，达339.21 TOC mg/L。优化后ECP产量为323.87 TOC mg/L，与模型拟合结果误差在5%以内，所得模型可靠。
胞外多聚物;生成特征;重金属;络合效能;水环境;丝状真菌
中国海洋大学
硕士
环境工程
方迪
2013
中文
X703.1;X172
77
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）