除铅乳酸菌的筛选及其在铅污染土壤中的应用

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由于工业化和城市化的推进,土壤重金属污染已成为威胁人类健康和食品安全的全球性环境问题。微生物和植物联合修复是一种环保、修复效果好且应用前景广阔的重金属污染土壤修复技术,但适用于联合修复的某些微生物是引发疾病的条件致病菌,可能引入新的风险。乳酸菌(LAB)是一种公认的食品级微生物,除安全性和传统的益生功能外,乳酸菌对重金属铅(Pb)的潜在去除能力已受到研究者的特别关注。因此,本课题旨在从发酵食品中筛选出具有去除铅离子潜力的乳酸菌并探究其去除特性及机制,并通过盆栽试验来研究乳酸菌和黑麦草联合修复铅污染土壤的能力。主要研究结果如下:首先,从发酵食品中筛选出的5株菌株基于他们的革兰氏阳性反应和不存在细胞氧化酶及过氧化氢酶被认为是乳酸菌。其中,DUTYH16120012和DUTYH16120026能有效去除DeMan-Rogosa-Sharpe(MRS)液体培养基中的Pb2+,去除率分别为88.51%和81.03%。16S rRNA序列分析结果显示,这两株菌株分别为Enterococcus faecium和Enterococcus sp.。其次,初始pH值、初始Pb2+浓度和温度是影响E.faecium DUTYH16120012和Enterococcus sp.DUTYH16120026去除Pb2+的重要因素。扫描电镜和能谱(SEM-EDS)分析与X射线光电子能谱(XPS)分析的结果证实E.faecium DUTYH16120012能使培养基中的Pb2+在菌体表面形成主要成分为PbO2和PbO的黄褐色沉积物。细胞壁在E.faecium DUTYH16120012对Pb2+的去除过程中起主要作用,其去除率占完整菌体细胞的80.58%。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析发现-OH、-C=O、-NH和-CN等官能团参与了E.faecium DUTYH16120012对Pb2+的去除。最后,盆栽试验结果表明,在黑麦草根系附近的铅污染土壤(0-1000 mg/kg)中投加E.faecium DUTYH16120012后,黑麦草地上、地下部分干重显著增加(P<0.05),丙二醛(MDA)含量显著降低(P<0.05),超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著增加(P<0.05)。更重要的是,黑麦草地上、地下部分中Pb2+浓度显著增加(P<0.05),其中地上部分含量增加了14.55%-19.49%,地下部分含量增加了3.48%-10.86%;同时,富集系数(BCF)和转运系数(TF)也显著增加(P<0.05),且增加率分别为17.50%-22.62%和17.86%-30.00%,这表明该菌株可以显著提高黑麦草对铅污染土壤的修复效率。
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