芽孢杆菌SeRB-2还原亚硒酸盐的动力学研究

微生物还原亚硒酸盐的动力学研究具有重要的现实意义,可以为Se (IV)污染场地的微生物修复设计提供理论依据。本文研究了兼性厌氧菌Bacillus sp.SeRB-2对亚硒酸钠的还原动力学。通过指数方程模型、对数方程模型和米氏方程模型的分析可知,Se (IV)的细菌还原符合一级反应动力学,还原反应主要集中在对数期和稳定生长前期,米氏方程模型能更好的反映细菌对亚硒酸盐的还原过程。通过对不同Se (IV)浓度下的米氏常数(K_m)和最大反应速率(V_max)的分析发现,当Se (IV)浓度较低时,K_m值较小,V_max值较大,这表明Se (IV)浓度越低,还原亚硒酸盐的酶与Se (IV)的结合能力越强,此时细菌对亚硒酸盐的还原速率越大、还原效率也越高。在本研究中,当Se (IV)浓度为1 mmol/L时,其还原效率最高可达90%,能够有效去除或降低Se (IV)污染,说明该菌在Se (IV)污染场地的生物修复上具有应用潜力。     

陆生经济植物对磷素吸收特性研究

采用常规耗竭法进行吸收动力学试验,研究四种陆生经济植物对磷的吸收特性。结果表明:芹菜、大蒜、茼蒿和香菜等植物的根系对不同浓度水平磷的吸收规律符合Michaelis-Menten动力学方程,相关系数在0.9230~0.9730之间(P0.05);芹菜具有最大吸收速率Vmax值和米氏常数Km值,适合可用于高磷浓度的重度富营养化水体修复;茼蒿、香菜和大蒜对磷的吸收速率Vmax较低而Km较小,因此这三种植物适用于低磷浓度的富营养化水体修复;对于人工生物浮岛除磷而言,采用芹菜和大蒜较为理想。     

外源亚硒酸盐和硒酸盐在土壤中的价态转化及其生物有效性

采用土培盆栽试验和化学分析方法相结合的方法,研究了外源亚硒酸盐和硒酸盐态硒在土壤中的价态转化及其生物有效性,旨在为富硒蔬菜的开发和硒污染土壤的生物修复提供依据.结果表明,当土壤中外源施入亚硒酸盐时,小白菜不同生长时期土壤总硒、Se(Ⅳ)和Se(0)含量均随外源硒浓度的增加显著升高(p<0.05);而当土壤外源施入硒酸盐...     

微生物还原针铁矿胶体的动力学特征及其影响因素

基于典型的希瓦氏金属还原菌(Shewanella decolorationis S12)和针铁矿相互作用的现象,探讨了电子供体、针铁矿浓度及氧化还原中介体2-磺酸钠蒽醌(AQS)对其相互作用的影响.结果表明, AQS加入使针铁矿的微生物还原程度得到加强,在添加AQS的0.5mmol/L针铁矿体系中,厌氧培养38天后,被还原解离出的Fe(ΙΙ)浓度是未添加AQS的394%.针铁矿的归一化还原速率表明,当电子供体浓度一定时,随着针铁矿浓度增加,针铁矿的还原酶促反应显著减弱.米氏拟合方程表明,以不同浓度的针铁矿为底物时, S12菌-针铁矿相互作用过程的拟合相关系数R2分别为0.843(添加AQS)和0.998(未添加AQS),电子转移载体的存在以及底物类型的不同均对Vmax和Km值均有一定程度的影响.在微生物在还原针铁矿过程中,其还原速率越大,用于ATP合成所需能量 值也随之升高,S12菌和针铁矿的还原反应达到平衡时, Gibbs自由能变化(DGr)达最大值.     

纤铁矿微生物异化还原过程的动力学特征及其影响因素

基于脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis S12)和纤铁矿相互作用的现象,探讨了电子供体、纤铁矿浓度及氧化还原中介体2-磺酸钠蒽醌(AQS)对其相互作用的影响.结果表明,AQS的加入使纤铁矿的微生物还原程度得到加强.反应末期,乳酸钠浓度为20mmol.L-1时,在添加AQS的10.0mmol.L-1的纤铁矿体系中,被还原解离出的Fe(Ⅱ)浓度是无AQS体系中的180.2%.纤铁矿的归一化还原速率表明,当电子供体浓度一定时,随着纤铁矿浓度的增加,纤铁矿的还原酶促反应显著减弱.米氏拟合方程表明,以不同浓度的纤铁矿为底物时,S12菌-纤铁矿相互作用过程的拟合校正R2系数分别为0.8285(添加AQS)和0.9348(未添加AQS),电子转移载体的存在及底物类型的不同均对底物饱和时的反应速度(Vmax)和米氏常数(Km)值均有一定程度的影响.在微生物还原纤铁矿过程中,氧化还原中介体AQS使得其还原程度加剧,用于ATP合成所需能量ΔE值也随之升高,S12菌和纤铁矿的还原反应达到平衡时,Gibbs自由能变化(ΔGr)达最大值.     

基于水分变化的砷抑制土壤碱性磷酸酶动力学特征研究

为研究水分条件对砷抑制土壤碱性磷酸酶动力学特征的影响,本文采用室内模拟培养试验方法,以江苏水稻土为供试土壤,在35%、65%、110%最大持水量(WHC)下,利用酶动力学手段较为系统地分析了砷污染下水分对土壤碱性磷酸酶动力学参数及机理的影响.结果表明:碱性磷酸酶动力学参数Km随砷浓度增加而增大,Vmax(110%WHC)、Vmax/Km、k则相应降低,表明砷污染从本质上抑制了酶促反应的进行.Km、Vmax、Vmax/Km、k、Ki随水分含量增加而减小,表明水分含量升高虽增加了酶-底物亲和力,但最终减缓了酶促反应的发生.Y=A/(1+B×C)模型较好拟合了动力学参数Vmax/Km(Y)与土壤砷浓度(C)的关系,表明Vmax/Km在一定程度上可表征不同水分下土壤砷污染程度,并计算获得水稻土砷轻度污染临界值为20.45 mg·kg~(-1),此值与国家土壤质量标准中的二级污染标准较为接近.干燥(35%WHC)和湿润(65%WHC)下砷抑制碱性磷酸酶活性机理为完全竞争性抑制,淹水(110%WHC)下则为以完全非竞争性抑制为主的线性混合抑制作用.研究表明,各个酶动力学参数可分别从不同角度揭示砷抑制碱性磷酸酶活性机理上的差异,水分主要通过影响Km、Vmax而改变抑制机理.     

硫酸盐对两种硒形态处理下小麦硒吸收和转运的影响

为了揭示硫酸盐处理下小麦对亚硒酸盐和硒酸盐的吸收与转运规律,通过溶液培养,研究了不同浓度硫硒交互下小麦各部位的硒含量变化.结果表明,与无硫处理相比,0.1 mmol·L-1硫使小麦对硒酸盐的吸收潜力(Vmax值)和亲和力(1/Km值)分别降低了25.7%和90.8%,硫酸盐主要是通过降低小麦根系对硒酸盐的亲和力来缩小其与亚硒酸盐的吸收差异.小麦硒转移系数(TF值)随亚硒酸盐浓度的升高显著下降,降幅最高达35.3%,硫酸盐对其无显著影响;TF值随溶液中硒酸盐浓度的升高显著上升,最高增幅达53.8%,硫酸盐对其有显著促进作用.经亚硒酸盐处理后,无论施硫与否,小麦根部累积的硒均会随培养时间的延长显著向地上部运输;而经硒酸盐处理后,小麦根部累积的硒只在硫酸盐存在下才会随培养时间的延长显著运往地上部.富硒地区施用硫肥既可防止土壤硒的过度消耗,又可促进硒向可食部位的转移.     

反硝化菌促进硒酸盐还原研究及其应用初探

生物还原法处理水体硒污染,绿色经济。但大多数硒酸盐还原模式菌环境适应性较差,工程应用困难。采用某些具有硒酸盐还原能力的反硝化菌治理硒污染,则是一种新的尝试。以反硝化菌主导的硒酸盐还原菌群为研究对象,通过底物还原速率对比分析,结合微生物群落数据和功能基因定量,证实了Nap型硝酸盐还原酶主导了硒酸盐还原过程,明确了反硝化菌在还原硒酸盐过程中的作用,进一步拓展了硒还原菌谱。并以此为基础,提出了一种全新的硒酸盐污染治理策略:采用硝酸盐对活性污泥进行预驯化,可大大提升硒酸盐还原效率,因而具有一定的工程应用价值。     

黑藻和苦草对氨氮、硝态氮和磷吸收动力学研究

为在不同营养状况的富营养化水体修复中选择相应的养分吸收效率的水生植物,比较黑藻(Hydrilla verticillata)和苦草(Vallisneria natans)对氨氮、硝态氮和磷的吸收动力学特征。结果表明,黑藻和苦草对氨氮、硝态氮和磷的最大吸收速率Vmax分别为4.38、5.31;3.15、2.23;1.63、3.57μmol/(L.h.g)。米氏常数Km分别为84.7、376.7;45.8、6.0;54.4、516.2μmol/L。苦草对氨氮和磷的吸收具有较高的Vmax和Km值,而黑藻对氨氮和磷的吸收具有较低的Vmax和Km值。     

Fe3O4耦合厌氧微生物强化低碳源废水还原硒(Ⅳ)的研究

为提升厌氧微生物对含硒(Ⅳ)废水的处理效果,利用ASBR反应器研究Fe₃O₄对厌氧微生物还原除硒(Ⅳ)的影响,分析了出水硒浓度、硒形态与分布、硒还原酶活性和微生物菌群等变化.结果表明,高碳源浓度时,投加Fe₃O₄对厌氧微生物去除硒(Ⅳ)没有影响;低碳源浓度时,Fe₃O₄能显著提高厌氧微生物还原除硒(Ⅳ)的效率和速率,Fe₃O₄使硒(Ⅳ)去除率由对照组的(97.3±0.5)%提升至(98.2±0.5)%,最大反应速率也提高了3.6倍.同时投加Fe₃O₄也降低上清液硒(Ⅳ)、硒(0)占比,增加硒(-Ⅱ)占比,促进厌氧微生物还原硒(0)-硒(-Ⅱ)的进程.通过酶活性和微生物菌群结构等分析发现,Fe₃O₄提高亚硫酸盐还原酶、谷胱甘肽还原酶、周质延胡索酸还原酶和亚硝酸盐还原酶的活性,增加了铁还原科细菌Rhodocyclaceae以及与电...     

淹水土壤中Se(Ⅵ)还原反应的机理及条件

通过红黄泥和紫潮泥两种土壤淹水培养和硒的价态测定结果表明：在450mV培养下，外加Se（Ⅵ）第1天有57．2％仍保持Se（Ⅵ)，23.4％还原为有机Se，培养过程中Se(Ⅵ）呈稳定态，有机Se则氧化成Se(Ⅵ），反应为准一级动力学方程；在175mV培养下，外加Se(Ⅵ）第1天有81．8％还原为有机Se,8.9％还原为有机Se,8.9％为Se(Ⅵ），培养过程中有机Se呈稳定态，Se(Ⅵ）则还原为Se(Ⅵ），反应符合动力学一级方程。土壤中Se(Ⅵ）／Se(Ⅳ）体系氧化还原反应的临界电位为71．4mV-206.1mV(pH7.0)，土壤pH上升1个单位，电位相应降低40．1mV.Se(Ⅵ)/Se(Ⅳ）体系在土壤氧化还原顺序中的反应次序居猛体系之后，与铁体系平行。     

适用于柴油降解的微生物菌种降解能力研究

文章针对柴油污染土壤的生物修复问题,对具有降解柴油能力的微生物菌种进行了采集及驯化,并分别就底物浓度、温度及初始pH值对驯化后微生物菌种的柴油降解能力进行了相关实验研究,讨论了温度、底物浓度、初始pH值对微生物生长、柴油降解效率的影响,得到了微生物生长的最佳条件是温度为30℃、底物浓度为0.0015μg/ml～0.003μg/ml及pH值等于7,同时得到了M-M（Michaelis-Menten）方程中的动力学参数,米氏常数为12.33 mg/L,最大反应速率为0.57h^-1。     

没食子酸还原六价铬反应动力学规律研究

实验研究了不同pH值,温度和六价铬初始浓度等条件对没食子酸还原六价铬的反应动力学的影响,分别建立六价铬还原反应速率常数关于氢离子浓度和温度的函数方程.结果表明:pH值 为2.0~5.0时,没食子酸与六价铬发生的氧化还原反应符合准一级动力学反应;而pH值为6时,因[H+]不足,二者的反应不符合准一级动力学反应.在pH值为2.0~5.0时,六价铬反应速率常数(103kobs)分别是是951.6、103.6、17.3和7.5h-1.pH值 为2.5时,温度升高,反应速率常数快速增加;温度为30℃时,没食子酸还原六价铬的反应速率常数分别是温度为20℃和10℃时反应速率常数的1.61倍和3.68倍.不同初始浓度六价铬的反应体系中,六价铬反应速率常数随着反应体系中六价铬与没食子酸初始浓度比值的增加而逐渐减小.利用最小二乘线性回归法和阿伦尼乌斯公式分别建立了六价铬还原反应速率常数关于氢离子浓度和温度的函数方程,为预测和分析没食子酸还原六价铬反应过程中六价铬的反应速率常数和浓度变化情况提供动力学模型参考.     

太湖水体中碱性磷酸酶的空间分布及生态意义

在对太湖生态湖区进行分区的基础上,监测各湖区水体碱性磷酸酶活性、动力学参数以及常规水环境化学指标,探讨水体碱性磷酸酶活性的空间分布特征及其环境影响因素.结果表明,太湖水体碱性磷酸酶活性(APA)、最大反应速率(Vmax)值及碱性磷酸酶反应米氏常数(Km)值分布均呈空间异质性;APA与Vmax值具有相似性的空间分布规律,即西岸河口区水体中APA值与Vmax值最大,分别为(9.43±5.30)nmol.(L.min)-1和(13.70±7.42)nmol.(L.min)-1,在其他湖区依次为湖心区>草型湖区>梅梁湾区>竺山湖区>贡湖区;草型湖区Km值(20.50±11.30)μmol.L-1>贡湖区>竺山湖区>梅梁湾区>湖心区>西岸河口区(9.17±3.46)μmol.L-1.太湖水体中Vmax与pH、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)之间均存在显著的线性正相关,其相关系数分别为rpH=0.651 2**(p<0.01)、rTP=0.488 5**(p<0.01)、rChla=0.765 6**(p<0.01),但与水温、溶解性总磷(DTP)、正磷酸盐(PO43--P)无显著的相关性;Km值与TP浓度间呈显著的线...     

利用生物渗透性反应墙修复地下水Cr(VI)污染的数值模拟

为降低地下水中的Cr (VI)污染,选择生物反应过程中常见的电子供体(糖蜜)和连二亚硫酸盐分别作为渗透性反应墙(PRB)的反应材料和生物杀灭剂,以期能促进生化反应还原Cr (VI)的同时还能阻止生物堵塞效应.采用PFLOTRAN软件模拟以糖蜜为反应材料和连二亚硫酸盐为生物杀灭剂的PRB修复非均质含水层中重金属污染的生物化学反应过程.结果表明,该PRB技术能有效降低Cr (VI)浓度至0.1mg/L以下;提高生物杀灭剂的注入浓度,注入速率以及降低糖蜜初始浓度可避免生物堵塞效应,达到修复Cr (VI)污染与提高PRB使用寿命的双重目标.研究成果可为类似场地地下水重金属污染修复的最优设计方案提供决策依据.     

小麦和水稻对纳米硒的吸收和转运

通过水培试验,研究了不同粒径纳米硒(Se NPs)和不同p H条件对小麦(Triticum aestivum L.)及水稻(Oryza sativa L.)吸收、转运硒的影响.结果表明,小麦和水稻对不同粒径(50、100和150 nm) Se NPs的吸收规律不同. 24 h和72 h处理下,小麦根系对3种粒径Se NPs的吸收无显著差异,但其地上部中的硒含量(以干重计,下同)在50 nm Se NPs处理下达到最高,分别为(1. 89±0. 47)μg·g-1和(5. 18±1. 51)μg·g-1.硒在小麦体内的转运系数也在50 nm Se NPs处理24 h时显著高于其他粒径Se NPs处理2. 38倍(P 0. 05).对于水稻而言,50 nm Se NPs处理24 h时根系中的硒含量分别比100 nm和150 nm Se NPs处理增加了11. 18%和41. 81%,但在72 h时3种粒径Se NPs处理间根系对硒的吸收无显著差异.同时,硒在水稻中的地上部含量和转运系数也在50 nm Se NPs处理达到了最大值.另外,p H条件也会影响植物对硒的吸收和转运. Se NPs处理24h时,小麦根系在p H为6时对硒的吸收量最大,并高于亚硒酸盐处理89. 47%,但在p H为4时小麦对硒的转运能力最强.水稻在p H较低时(p H为3. 5和5. 5),对Se NPs的吸收量显著低于亚硒酸盐,且Se NPs在p H为3. 5时更易转运.以上结果表明水稻和小麦均可以吸收Se NPs,并且在p H较低的环境下Se NPs粒径越小越容易在植物体内转运.     

不同作物根系多环芳烃吸收特征差异的比较研究

为选育不/少或超量吸收多环芳烃(PAHs)的植物品种进而进行农产品的安全生产和PAHs污染环境的植物修复,以菲为PAHs的代表物,比较了水培条件下3种常见农作物(大豆、小麦、胡萝卜)根系吸收菲的动力学特征差异.结果表明,3种作物根系对水培液中的菲有明显的吸收和累积作用,且菲的吸收量随时间延长而增加,整个吸收过程可分为快速吸收和慢速吸收2个阶段;3种作物根系菲吸收能力的大小为大豆>胡萝卜>小麦;作物根系吸收菲量与吸收时间的关系可以用Elovich方程拟合,大豆、胡萝卜和小麦根系菲吸收速率常数分别为4.31、4.10和2.84 mg.(kg.h)-1;作物根系菲吸收的动力学曲线可用米氏方程表征,大豆、胡萝卜和小麦根系菲的Km值分别为0.117、0.124和0.540 mg.L-1;根系菲吸收会导致营养液pH升高,pH升高的趋势和吸收速率常数k与Km值相对应,且与3种作物根系吸收能力的大小一致.因此可用根系吸收速率常数k、米氏常数Km值和水培液pH的变化表征作物根系吸收PAHs的能力差异,且从受影响因素的多寡角度考虑,吸收速率常数k和米氏常数Km较pH变化更适合.     

青菜中镉的吸收和累积对硒的响应规律

镉是一种有毒重金属,广泛种植的青菜却对镉有较强的富集能力.鉴于我国土壤的镉污染现状,消减青菜可食部位镉的累积有重要意义.硒可以调控植物对镉的吸收.通过3种青菜的水培硒、镉处理,以及硒影响下镉的吸收动力学,结果表明,3个浓度亚硒酸盐均使杭州油冬儿地上部镉含量显著降低50%左右;苏州青根和上海青的地上部镉含量则随硒水平提高而降低,但不显著.不同浓度亚硒酸盐可以降低青菜中镉转移系数,高浓度硒的抑制效果更明显; 50μmol·L~(-1)亚硒酸盐使杭州油冬儿和苏州青根的镉转移系数显著降低了50%左右.亚硒酸盐可以提高青菜中铁、锰的含量,50μmol·L~(-1)亚硒酸盐使杭州油冬儿地上部铁含量提高了1/2. 1 h吸收试验中,两种硒均显著提高了青菜对镉的吸收速率,并使V_(max)提高了100%以上.因此,硒可以降低青菜可食部位的镉累积,但此效果依赖于品种,而且主要来源于硒对镉在植物内转运的影响,而非根表的吸收竞争.     

温度对硝化杆菌(Nitrobacter)活性动力学影响

为探究温度对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属(Nitrobacter)活性动力学影响,本试验采用序批式活性污泥(SBR)反应器,在通过改变系统进水亚硝态氮浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象(宏基因组物种注释和丰度分析显示上Nitrobacter占细菌总数40.3%)。考察不同浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程比亚硝态氮氧化速率(SNiOR)变化规律,基于Monod模型考察系统温度对Nitrobacter活性动力学影响,并进行统计学分析。结果表明,30℃条件下SNiOR达到最大(以N/VSS计),为1.31 g·(g·d)-1。统计学分析结果显示Monod方程可较好地反映不同温度条件下基质底物浓度对Nitrobacter活性影响。基于菲尔普斯方程计算不同温度区间内温度系数(θ)可知,当系统温度低于25℃或高于30℃时,反应速率随温度变化越敏感。     

细菌还原U(VI)分子生物学机理的研究进展

铀（U）污染对生态环境和人类健康的潜在危害受到越来越多的关注.U（VI）还原细菌可将U（VI）还原至U（IV）,从而降低铀在水中的溶解性和移动性,达到污染修复的目的.目前发现的U（VI）还原细菌主要包括但不限于铁还原菌和硫酸盐还原菌.本文综述了细菌还原U（VI）的分子生物学机理,重点阐述了U（VI）还原细菌的胞外电子转移方式,包括希瓦氏菌的金属还原方式、土杆菌的孔蛋白介导方式和微生物纳米线方式.竞争性电子受体和共存离子对细菌还原U（VI）有重要影响.目前细菌还原U（VI）过程中胞外电子转移的机理仍需更多实证,土杆菌利用微生物纳米线和细胞色素协作调控电子转移的机制尚不明确.今后可将研究聚焦于细菌还原U（VI）机理的验证和完善,并开发和优化基于微生物还原的铀污染修复技术,进而提高铀污染生物修复效率和稳定性.