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镉是一种毒性很强的重金属元素,可造成细胞氧化损伤,引起DNA断裂,破坏细胞内含物,降低酶的活性。环境中的重金属污染问题已经引起了普遍的关注,微生物在治理重金属污染中有着很大的应用前景。长期生活在富含重金属镉环境中的微生物对镉能形成一定的抗性。筛选并研究抗镉细菌用于吸附和积累重金属镉是治理镉污染的有效措施之一。
从长期受重金属镉污染土壤中分离纯化获得一株对镉具有较强抗性和富集能力的细菌RC。经形态学观察和生理生化鉴定以及16S rDNA序列分析,RC为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)。在不同Cd2+浓度液体培养条件下研究了RC菌株的生长曲线,结果发现该菌株对镉具有较强的耐受性。
利用扫描电镜、透射电镜观察了Cd2+在RC胞内外的沉积作用及分布情况,结果表明在Cd2+浓度为150mg/L时菌体细胞壁及其内部可见大量的高电子密度颗粒,同时在菌体表面也有沉淀物附着。因此胞内外沉积作用可能是该菌对高浓度Cd2+的抗性和富集作用的重要途径。通过红外光谱探讨了RC积累Cd2+前后细胞壁表面化学基团的变化情况,结果发现RC的细胞壁上参与Cd2+积累作用的化学官能团主要有-oH、-NH、-CO和-CO-NH-等。通过高温和十二烷基硫酸钠处理菌株进行质粒消除试验,未发现该菌株的抗镉性质与抗性质粒的存在相关。
该菌株在液体培养基中Cd2+、Cr3+、pb2+浓度分别为75mg/L和Mn2+浓度为100mg/L时,菌株生长正常。在重金属Cr3+、Pb2+、Mn2+存在时,采用红外光谱与原子吸收光谱分析菌株对Cd2+的积累,结果表明,培养基中其它重金属离子的加入,会影响菌株对Cd2+的积累率;当Cr3+存在时,可以提高RC菌体对Cd2+的积累率;RC细胞壁上活性基团-OH、-NH、-CO、-CO-NH-和-PO43-活跃参与Cr3+、Pb2+、Mn2+和Cd2+多种重金属离子的络合作用。