摘要
随着工业的发展，环境正面临巨大的重金属污染挑战。微生物修复因高效和经济等优点，已成为重金属污染治理中常用的修复技术之一。目前，微生物对重金属的解毒机制研究主要集中在细胞表面及细胞内部，关于微生物色素在重金属解毒中发挥的作用了解的尚不充分。本论文筛选出一株能够耐受多种重金属的粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)，研究其在铜、铅、锌和镉四种重金属胁迫下的生长特性、颜色响应以及微生物色素在菌株解毒过程中发挥的潜在作用，并通过SEM-EDS、FTIR、XPS等表征方法探讨其他解毒机制。主要研究结果如下： （1）S. marcescens RC 对四种重金属表现出高耐受性，其菌落颜色随着重金属浓度的提高而发生相应的变化。菌株 RC 能够在含有400 mg/L Cu2+、600 mg/L Pb2+、400 mg/L Zn2+和 200 mg/L Cd2+的培养基中生长。重金属胁迫下菌株 RC可以通过菌落颜色变化响应重金属浓度，当菌落颜色由红色开始转变为黑色时，表示 Cu 浓度＞50 mg/L，若菌落转变为白色，则 Cu 浓度＞200 mg/L。当菌落颜色变为白色时，提示 Pb 浓度＞300 mg/L、Zn 浓度＞50 mg/L、Cd 浓度＞20 mg/L。 （2）S. marcescens RC 对四种重金属的吸附作用主要表现为胞外吸附，其分泌的灵菌红素可能参与细胞内部的解毒过程。菌株RC对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+总吸附量分别为146.75 mg/g、188.47 mg/g、210.64 mg/g 和 67.83 mg/g，而胞内累积仅占总吸附量的 1.14%、5.08%、3.69%和 4.33%，胞内低积累量能有效减少重金属对细胞代谢的影响。在低浓度下，灵菌红素可能与重金属络合并积累在细胞内部，从而降低了重金属对细胞的毒害。而在高浓度重金属胁迫下，灵菌红素的合成受到抑制，囊泡等外排作用使细胞内Cu2+和Pb2+的积累减少31.26%和21.85%；对于Zn2+和Cd2+，无灵菌红素作用时，胞内积累量分别增加了437.12%和504.79%。 （3）S. marcescens RC 主要通过形貌变化、离子交换、沉淀作用和络合作用来实现对重金属的解毒。重金属浓度＞50 mg/L 时，细菌由棒状变成呈短杆状或球状，表面出现不同程度的褶皱和不同数量的囊泡，菌株的菌丝消失。细胞形貌变化可能是菌株自我保护机制。菌体表面Ca、Na和Mg等元素含量降低，而Cu、Pb、Zn、Cd元素含量的升高，可能是重金属通过离子交换促使菌体释放Na、Mg和Ca等离子所致。Pb2+吸附后，菌体周围产生大量沉淀物，分析表明该沉淀物可能是Pb5(PO4)3(OH)。XPS分析显示，吸附后，细菌表面的C-O/C-N、C=O和-OH相对含量升高，并且出现了相应的重金属吸收峰。FTIR 结果显示，-OH, -NH, C=O 和 PO43-等官能团的峰位在重金属吸附后发生了位移，说明细胞表面官能团与重金属发生络合作用。
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