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蜡样芽胞杆菌菌体及其胞外聚合物对Cd2+的吸附作用

更新时间:2009-03-28

2016年5月,国土资源部中国地质调查局发布《中国地球化学调查报告(2016)》,报告显示在调查的 9.20×107 hm2耕地中,重金属污染耕地占比8.2%,覆盖面积 7.53×106 hm2,重金属污染已成为影响农田土壤安全的重要因素,因此修复重金属超标的农田土壤对保持土壤环境及水生态系统安全具有重要意义。重金属进入农田土壤后,不仅对土壤微生物群落结构、土壤酶系活性产生负面影响[1],导致土壤肥力下降,而且会影响种植作物的正常生长代谢过程,引起农作物产量及品质降低,并且在植株及果实、种子中积累,最终进入人体,导致人体健康受到极大危害[2-3]

传统重金属污染处理方法主要是将重金属离子通过生物炭吸附钝化或施用吸附剂进行固化[4-8]。相比于传统的物理化学方法,特异性微生物及其分泌的胞外聚合物处理污染土壤中重金属具有更大的优势[9]。微生物对重金属的吸附作用主要取决于重金属对微生物菌体本身的亲和性,包括配位、络合、离子交换、氧化还原等物理化学过程[10-11],重金属在微生物细胞吸附位点主要有细胞表面吸附沉淀及细胞内积累,涉及到的细胞代谢过程主要包括扩散、离子通道、离子泵运输等[12-13]。此外,诸多研究结果表明微生物胞外聚合物(EPS)对重金属吸附具有重要作用[14],EPS主要由微生物分泌的有机物质及细胞水解后产生的片段和破损的细胞膜组成[15],主要组分包括蛋白质、多糖、核酸等大分子胞外分泌物[16]

迷走神经刺激可能有远期效果而被批准用于难治性的抑郁症患者。没有资料证实它有快速的效果,因此不能用于抑郁症的急性期治疗。迷走神经刺激可作为其他抗抑郁治疗的辅助措施。

目前微生物吸附重金属的机理研究主要在重金属在细胞作用位点及吸附后细胞形态学变化方面[17-19],对胞外聚合物及菌体本身吸附重金属的机理研究较少。王亮等[20]研究了白腐真菌及其胞外聚合物对Pb2+的吸附行为,结果表明EPS对Pb2+具有较强的吸附能力,去除EPS的菌体对Pb2+吸附能力明显降低。Jose等[21]研究了细菌产生的EPS对不同重金属吸附的影响。熊芬等[22]研究了烟曲霉胞外聚合物对Pb2+的吸附行为及机理,结果表明EPS中多糖对Pb2+的吸附起主要作用。

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1 材料与方法

1.1 菌株和培养基

1.1.1 菌株来源 蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)A-15分离自镉污染土壤中,保存于辽宁省农业科学院微生物工程中心。

本试验采用不同浓度Cd2+培养基培养蜡样芽胞杆菌A-15,考察菌体生长及胞外聚合物的生成量,同时考察细胞菌体及胞外聚合物对Cd2+的吸附作用,为探索用蜡样芽胞杆菌及其胞外聚合物处理重金属污染农田土壤提供理论依据。

[7] 范稚莲,雷 蕾,莫良玉,等. 不同改良剂对玉米富集重金属含量的影响[J].南方农业学报,2016,47(12):2047-2052.

现代儿童美术教学,为我们提出了新的挑战,有关“教师在辅导中该不该示范”的话题,始终争论不休,不同的人有不同的看法,有的赞同,有的反对。我认为该示范的时候还是要示范,关键是示范一种方法,而不是不是让学生依葫芦画瓢,应授之以“渔”。

1.2 菌株的液体发酵培养

无菌条件下向装有100 ml培养基的250 ml锥形瓶中接入2接种环的A-15菌种,37 ℃、180 r/min振荡培养36 h至对数生长期,接种10 ml菌悬液到发酵培养基中进行同步培养。每隔4 h取样,采用分光光度法测定光密度,绘制生长曲线,并测定菌体分泌的EPS产量。

因此,应着重加强对基层医院及年轻、资历浅的医务人员的指南相关培训,帮助他们理解和掌握指南的用法和注意事项,以推进指南的应用。同时,注意避免临床指南的过度应用[16]。临床医师和相关机构在应用临床指南之前都应对指南进行科学地评价。

1.3 样品制备

1.3.1 EPS样品的制备方法 采用改进的离心沉淀-乙醇提取法提取胞外聚合物EPS。将培养结束的菌悬发酵液4 ℃下6 000 g离心20 min,上清液用0.45 μm水系滤膜过滤。在滤液中加入5倍体积无水乙醇,4 ℃下静置24 h,10 000 g离心20 min,沉淀物为EPS及生物小分子混合物。将此混合物转移至透析袋(MD34-3500)中,透析袋室温下置于纯净水中进行透析纯化,得到纯化EPS,-65 ℃下冷冻干燥得到EPS冻干粉。

带状疱疹为皮肤科急性感染性疾病,其发作后表面呈现神经发炎皮肤症,实际该疾病是由于病毒入侵,形成病毒血症,引起水痘等症状,加上该疾病具有潜伏性特点,所以对患者神经的侵袭才是后遗症神经痛的关键,让患者的颅内感觉神经受到影响,一旦患者过于劳累、出现重症疾病、身体免疫能力下降等现象时,该病毒被激活,从而损伤患者神经,引起神经痛[1-2]。因此,带状疱疹后遗症神经痛是目前治疗的关键所在,为了改善患者的生活质量、缓解神经痛症状,本研究以收治的病例作为分析对象,给予患者复方倍他米松注射液(得宝松)与套管针联合治疗,取得显著的成效,现将报道进行如下汇报。

1.3.3 细菌菌体-EPS复合物样品的制备方法 将培养结束的菌悬发酵液45 ℃下真空浓缩,置于透析袋(MD34-3500)中,透析袋室温下置于纯净水中进行透析纯化,得到纯化菌体-EPS复合物。-65 ℃下冷冻干燥得到菌体-EPS复合物冻干粉。

1.4 分析方法

1.4.1 EPS组成成分分析 EPS冻干粉用纯净水溶解后定容,以葡萄糖作为标准物质,采用苯酚-H2SO4法测定多糖含量。以牛血清白蛋白作为标准物质,采用考马斯亮蓝法测定蛋白质含量。

由于吸附时间200 min时,EPS、细菌菌体(不含EPS)对Cd2+的吸附量达到最大,因此选择此时的EPS、细菌菌体(不含EPS)进行透射电镜分析及能谱分析。将EPS溶液及细菌菌体(不含EPS)悬浮液分别滴至于镀有碳膜的铜网微栅上,自然干燥后,在透射电镜95 kV加速电压下进行观察,并进行能谱分析。结果显示,EPS、细菌菌体(不含EPS)对Cd2+均有吸附。从图5可以看出,吸附Cd2+前蜡样芽孢杆菌菌体呈杆状,有鞭毛,且鞭毛呈相互缠绕状,菌体大小为 1.0~1.1 μm×3.5~4.2 μm;吸附Cd2+后菌体发生了明显的变化,菌体大小为 0.65~0.80 μm×3.8~4.5 μm,主要表现为菌体长度变小,宽度有所增加,而且菌体鞭毛变少,菌体在电镜下颜色变深。菌体表面能谱分析结果显示,Cd2+吸附前菌体表面主要形成C、Ca、O、Cu、Cl吸收峰,而Cd2+吸附后菌体表面主要形成C、Cd、O、P、Cu、Cl吸收峰,Cd吸收峰的形成是由于菌体细胞对Cd2+吸附所致,而P吸收峰强度有所加强,可能是由于Cd2+胁迫导致细胞膜透性发生改变,使细胞内磷脂结构细胞器外泄至细胞表面所致。吸附前后Ca峰被Cd峰取代是由于细胞内含有的Ca2+与溶液中Cd2+交换至细胞表面所致。

1.4.3 透射电镜及能谱分析 将EPS、细菌菌体(不含EPS)、细菌菌体-EPS复合物悬浮液分别滴至镀有碳膜的铜网微栅上,自然干燥后,在透射电镜(HITACHI HT7700)95 kV加速电压下进行观察,并进行能谱分析。

1.4.4 细菌生长曲线的测定 在不同时间点上测定发酵液的OD600值,以时间为横坐标,绘制细菌生长曲线。

2 结果与分析

2.1 蜡样芽孢杆菌A-15生长曲线

从图1可以看出,蜡样芽孢杆菌A-15在0 mg/L、50 mg/L、100 mg/L Cd2+胁迫条件下均可生长,但随着Cd2+浓度增加,在 0~48 h内,菌体延迟生长期、对数生长期、稳定生长期时间均有所变化。相同培养时间下,0 mg/L、50 mg/L Cd2+胁迫下菌体光密度值均有所下降,0 mg/L Cd2+下,菌体延迟生长期较短,较快进入对数生长期,16 h后进入稳定生长期。在50 mg/L、100 mg/L Cd2+下菌体延迟生长期明显延长,分别在4 h、8 h后进入对数生长期,20 h后进入稳定生长期,但在稳定生长期菌体光密度值仍有小幅度增加。0 mg/L、50 mg/L、100 mg/L Cd2+浓度下菌体生长最大光密度值分别为229、210、196。50 mg/L、100 mg/L高浓度Cd2+下菌体生长40 h后光密度值有所下降,但下降幅度并不明显,可能与菌体分泌胞外聚合物吸附Cd2+,从而降低了Cd2+对菌体的毒害作用有关。

  

图1 蜡样芽胞杆菌A-15在不同Cd2+浓度下的生长曲线Fig.1 The growth curves of Bacillus cereus A-15 under different Cd2+ concentrations

2.2 蜡样芽孢杆菌胞外聚合物(EPS)生成量变化曲线

从图2可以看出,蜡样芽胞杆菌A-15在不同Cd2+浓度胁迫条件下分泌的EPS产量随培养时间而变化。0 mg/L Cd2+浓度下,菌体经过较短时间就进入快速分泌时期,12 h左右达到EPS稳定生成时期,最大产生量为1.707 g/L。50 mg/L、100 mg/L Cd2+浓度下菌体20 h、40 h后进入EPS稳定生成阶段,但EPS生成量仍有一定幅度的增长,最大产生量分别为1.614 g/L、1.644 g/L,可能与不同浓度Cd2+对菌体细胞诱导分泌EPS有关。通过对比EPS生成量变化曲线与生长曲线发现,EPS产量变化与生长曲线呈一定耦合相关性,说明蜡样芽胞杆菌A-15分泌EPS与菌体生长紧密联系。

  

图2 蜡样芽胞杆菌A-15在不同Cd2+浓度下EPS生成量变化Fig.2 Change of production of extracellular polymeric substances(EPS) by Bacillus cereus A-15 under different Cd2+ concentrations

2.3 EPS组成成分及定量分析

从EPS生成量变化曲线中可以看出,菌体培养8 h后,EPS开始快速生成,因此从8 h开始,每隔4 h,分别提取EPS,测定EPS中多糖和蛋白质含量,分析EPS中多糖及蛋白质在不同培养时间含量的变化情况。

从图3可以看出,蜡样芽胞杆菌A-15在不同培养时间生成的EPS组分主要为多糖和蛋白质,其含量之和占EPS干质量的 68%~87%,其余可能为核酸、有机碳等有机物质。多糖及蛋白质在 8~48 h内缓慢变化,蛋白质在EPS中所占比例高于多糖。8~48 h菌体生长期内多糖占EPS干质量的28%至34%,蛋白质占EPS干质量的40%至55%。多糖在16 h及36 h时含量最高,为34%;蛋白质在20 h时含量最高,为55%。在 8~48 h生长期内,多糖及蛋白质之和所占EPS比例相对稳定,并且在一定范围内变化,但比例没有明显规律。

  

图3 EPS中多糖及蛋白质在不同培养时间含量的变化Fig.3 Changes of polysaccharide and protein content at different incubation time

2.4 EPS、细菌菌体(不含EPS)、细菌菌体-EPS复合物对Cd2+的吸附量

分别于蜡样芽胞杆菌A-15液体培养稳定生长期制备EPS、细菌菌体(不含EPS)、细菌菌体-EPS复合物。利用EPS、细菌菌体(不含EPS)、细菌菌体-EPS复合物于100 mg/L Cd2+溶液中振荡吸附,间隔40 min测定各组分对Cd2+的吸附量。

本研究利用1株分离自镉污染土壤中的耐镉蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)A-15,通过液体培养及吸附试验,研究了Cd2+胁迫下蜡样芽胞杆菌生长及其EPS的产生规律、产量、组成,以及菌体及EPS对Cd2+吸附作用的影响。蜡样芽胞杆菌在不同Cd2+浓度胁迫下均可生长,随着Cd2+浓度的增加,各生长时期有所延后。胞外聚合物(EPS)产量与菌体生长密切相关,有一定耦合性。EPS主要成分为多糖和蛋白质,蛋白质含量高于多糖含量。EPS最大生成量为1.707 g/L,多糖与蛋白质含量之和占EPS干质量的68%~87%。

  

图4 EPS、细菌菌体(不含EPS)、细菌菌体-EPS复合物对Cd2+的吸附Fig.4 Adsorption of Cd2+ by EPS, Bacillus cereus A-15 and Bacillus cereus A-15(excluding EPS)

2.5 吸附Cd2+前后菌体及EPS的透射电镜-X射线光散射能谱(SEM-EDX)

1.4.2 Cd2+标准溶液的制备与测定 称取高纯镉(99.9%) 0.100 0 g,置于250 ml烧杯中,加入10 ml盐酸,加热溶解后移入100 ml容量瓶中,稀释至刻度摇匀,即制得1 mg/ml的Cd2+标准溶液。用此标准溶液稀释配制试验中所用50 mg/L及100 mg/L的Cd2+溶液。各处理试验吸附、透析平衡后吸取透析袋内液体,用盐酸溶液稀释,Cd2+浓度用原子吸收分光光度计(HITACHI Z 2000)测定。Cd2+吸附量q(mg/g)的计算公式:q=[(C0-Ct)V/m]×1 000,式中C0为吸附试验初始Cd2+浓度(mg/L),Ctt吸附时刻Cd2+浓度(mg/L),V为吸附反应Cd2+溶液体积(ml),m为吸附处理样品干质量(g)。EPS组分中蛋白质和多糖含量(r)的计算公式:r=mt/m0,式中mt为培养时间t时刻EPS组分中蛋白质和多糖的质量(g),m0为培养时间t时刻EPS干质量(g)。

对吸附Cd2+前后EPS进行电镜扫描,观察到吸附Cd2+前EPS呈现碎片化状态,吸附Cd2+后EPS呈现不规则状态,并且EPS表面布满黑色的颗粒状物质(图5)。通过能谱分析发现,Cd2+吸附前EPS主要形成C、Ca、O、Cu、W吸收峰,而Cd2+吸附后菌体表面主要形成C、Cd、O、P、Cu、W吸收峰。吸附Cd2+前EPS存在Ca吸收峰,可能是由于EPS中蛋白质与Ca特异性结合形成钙调蛋白所致,吸附后Ca2+结合位点被Cd2+取代。

  

A:吸附Cd2+前菌体(×4 000)及X射线光散射能谱;B:吸附Cd2+后菌体(×4 000)及X射线光散射能谱;C:吸附Cd2+前EPS(×4 000)及X射线光散射能谱;D:吸附Cd2+后EPS(×4 000)及X射线光散射能谱。图5 菌体(不含EPS)、EPS吸附Cd2+前后电镜扫描及能谱分析Fig.5 The SEM-EDX analysis of Bacillus cereus A-15 (excluding EPS) and EPS before and after adsorption Cd2+

3 讨 论

图4显示,EPS、细菌菌体(不含EPS)、细菌菌体-EPS复合物对Cd2+均表现一定的吸附能力,菌体(不含EPS)对Cd2+吸附能力较弱,在Cd2+溶液中吸附40 min后达到平衡状态,吸附量在80 mg/g至110 mg/g之间。细菌菌体-EPS复合物对Cd2+的吸附能力最强,在Cd2+溶液中吸附120 min后达到吸附平衡,最大吸附量为322 mg/g,并且在 120~360 min内吸附能力基本稳定。EPS对Cd2+的吸附能力介于细菌菌体(不含EPS)与细菌菌体-EPS复合物之间,吸附时间200 min时最大吸附量为265 mg/g。由上述结果可以看出,在Cd2+吸附处理过程中,EPS吸附作用效率最高,在细菌菌体-EPS复合物对Cd2+吸附过程中贡献最大,贡献率约为83%,不含EPS的细菌菌体也有一定的Cd2+吸附能力,可能与菌体表面存在的化学基团有关。

蜡样芽孢杆菌A-15菌体及其EPS对Cd2+均有一定吸附能力,对Cd2+的吸附能力大小顺序为细菌菌体-EPS复合物>EPS>细菌菌体(不含EPS)。透射电镜-X射线光散射能谱(SEM-EDX)分析结果显示,蜡样芽孢杆菌吸附Cd2+后细胞形态及表面结构发生改变,吸附后细胞表面形成Cd2+吸收峰,EPS吸附Cd2+后表面形成不规则的含有Cd2+的颗粒状物质。

以上研究结果表明,蜡样芽孢杆菌A-15菌体及其EPS对重金属Cd2+具有很好的吸附效果,这为当前日益严重的农田重金属污染治理,提供了一种绿色、高效的途径。该细菌菌体对高浓度Cd2+具有较高耐受性,且EPS生成量受Cd2+浓度影响较小,通过细胞表面吸附沉淀及细胞内积累作用,以及EPS表面吸附及离子置换作用,可使环境中Cd2+浓度降低,达到修复重金属污染的目的。

参考文献

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1.3.2 细菌菌体(不含EPS)样品的制备方法 将培养结束的菌悬发酵液4 ℃下6 000 g离心20 min,沉淀物用纯净水洗涤,4 ℃下12 000 g离心20 min。重复纯净水洗涤及离心1次,-65 ℃下冷冻干燥得到不含EPS菌体冻干粉。

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教师小结引导:“孩子们非常棒,找到了这么多解法,并且向同学们讲解得很好。不过,只有甲付15元,乙付30元,丙付45元这一种答案吗?”四人小组讨论、交流。

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地方院校本科生通过参加科研活动,扩大了知识面,感受到较好的学术氛围,对科研工作的目的、意义有了更深层次的理解,独立分析和解决实际问题的能力得到提高。通过参与科研训练,学会掌握现代文献检索工具和手段,增强了获取新的理论知识和了解科学研究动态的本领。

1.1.2 培养基 菌种保存培养基:牛肉膏5 g,蛋白胨10 g,NaCl 5 g,琼脂18 g,蒸馏水1 L,pH7.0~7.2。发酵培养基:牛肉膏5 g,蛋白胨10 g,NaCl 5 g,蒸馏水1 L,pH7.0~7.2。

词典的种类繁多,分类体系也相当复杂繁琐,这里仅作简单分类。按其语言的种类可以分为两大类:单一语种的词典(如:郎曼英英词典)和双语词典(如:牛津英汉双解词典);按其性质可以分为:各个领域的知识型词典(如:大不列颠百科全书)、专业的词典(如:语言与语言学词典、英汉建筑学词典)和词语释义型词典(如:牛津当代英语高级词典);就词典使用的材质而言,可以分为纸质词典和电子词典。

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在招远城以南,断裂带沿玲珑花岗岩与胶东群地层的接触带延伸,招城以北断裂是玲珑岩体和栾家河岩体的分界线。主断裂两侧发育不同规模的与其平行或微有交角的次级断裂构造[12]。在构造带转弯地段的丁家庄子附近,沿岩体与栖霞序列岩石的接触带,产生一个大的分支断裂,走向40°~68°,倾向SN,倾角37°~52°,宽150m左右,出露长度9.6km,其构造特征与主干断裂相近,均显示压扭性特征。

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酒店管理专业的人才培养方案与课程体系,更倾向于实践,专业培养目标是学生的动手能力、操作能力、运营能力和研发能力。要培养学生较强的实践操作能力,就要有大量的实践教学,这就使酒店管理专业的实训基地建设的重要性日益凸显。因此,实训基地的建设在专业建设中已经成为非常重要的一部分,从建设实训基地初始进行整体情况梳理,使其对应学生培养目标,对接课程体系,最终协同行业企业岗位技能训练,每一个流程都将对酒店管理专业教学产生重大的影响。为更好建设实训基地本文将对国内外实训基地进行比较研究,以期为实训基地建设提供更好借鉴。

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男护生作为护理行业的特殊群体,往往需要承受更多社会偏见。男护生在护理行业中的作用不容忽视,但受男尊女卑传统观念、婚姻家庭与就业冲突、病人及家属不认同、社会忽视、性别差异等多方面因素影响,男护生在工作生活中会产生自卑、难堪、压抑感(“病人及家属看到我们的时候说‘小伙子,你怎么干的是护士的事’[15]‘就当个护士,养家难啊’[14],因为我是一名男护士,我怕以后找不到合适的女朋友”[24])。

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李学龙,刘国丽,李超,李跃,杨镇
《江苏农业学报》 2018年第02期
《江苏农业学报》2018年第02期文献

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