肠杆菌胞外聚合物对镉的吸附特性与机理研究

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基本信息

  • 批准号：
    41907096
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    李艺
  • 依托单位：
    广西师范大学
  • 学科分类：
    D0701.环境土壤学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Cadmium pollution in soil, especially around the mining areas, is a severe problem in China. Seeking for effective remediation methods for cadmium-contaminated soil is therefore urgent and necessary. We carried out this study using a cadmium-tolerant bacterium Enterobacter sp. FM-1, which was previously isolated in our lab, and soil from Siding lead-zinc mine in Guangxi province to explore the properties of cadmium biosorption by Enterobacter sp. extracellular polymeric substances (EPS) and the involving mechanisms. In aquatic environment, the characteristics of Enterobacter sp. extracellular polymeric substances under different environmental conditions and the cadmium biosorption properties of extracellular polymeric substances were investigated. Furthermore, the main functional groups that participated in the biosorption processes were examined to explicit the binding sites and binding modes between cadmium and extracellular polymeric substances. In soil environment, the binding modes between cadmium and EPS-soil complex were examined by characterizing the functional groups that participate in the EPS-soil complex, and to further elucidate the mechanism between cadmium and EPS-soil complex. The proposed research will provide novel ideas and scientific insights for bioremediation of cadmium-contaminated soil in China.
我国矿区土壤镉污染现状不容乐观，积极探寻行之有效的镉污染土壤治理方法显得尤为必要和紧迫。本项目拟以课题组前期研究中筛选出的耐镉微生物肠杆菌(Enterobacter sp. FM-1)作为研究靶微生物，以广西泗顶铅锌矿矿区土壤为样本，以探求肠杆菌EPS对镉的吸附特性以及分析肠杆菌EPS与镉之间的作用机理为目标。对于水相环境，通过研究环境条件变化对肠杆菌EPS的分泌特性及其对镉吸附性能的影响，重点明晰肠杆菌EPS在水相中与镉离子的结合位点和结合方式，确定参与吸附过程的主要官能团。对于土壤环境，通过对肠杆菌EPS-土壤复合体中的功能基团进行表征，探讨肠杆菌EPS-土壤复合体与镉的结合方式，阐明肠杆菌EPS-土壤复合体与镉之间的作用机理。研究结果可为我国镉污染土壤的生物修复提供新的思路和科学依据。

结项摘要

项目以课题组前期研究中筛选出的耐镉微生物肠杆菌(Enterobacter sp. FM-1)作为研究靶微生物，以广西泗顶铅锌矿矿区土壤为样本，以探求肠杆菌EPS对镉的吸附特性以及分析肠杆菌EPS与镉之间的作用机理为目标。主要结果如下：.(1) 三种EPS中S-EPS产量最大，其次为LB-EPS，TB-EPS产量最小，且EPS的主要成分为蛋白质、多糖和DNA。综合而言，培养时间为24 h、温度为30℃，pH值=7.0为EPS最佳提取条件。.(2) 在Cd2+和Pb2+共存溶液中，在pH=6.0的条件最适于LB-EPS和TB-EPS的Cd2+和Pb2+吸附去除；温度的适度提高有利于提高不同EPS的吸附能力；不同EPS对Cd2+和Pb2+的吸附在120 min左右都能基本达到吸附平衡。综上所述，吸附pH值=6.0、温度为30℃，时间为120 min为EPS最佳吸附条件。.(3) EPS对Cd2+和Pb2+的吸附过程与Langmuir方程有较好的拟合效果。EPS对Cd2+和Pb2+吸附过程均为自发的反应过程。其中，对于Cd2+，吸附过程均是放热反应；对于Pb2+，吸附过程均是吸热反应。EPS对Cd2+和Pb2+的吸附动力学数据与准二级动力学模型拟合效果较好，吸附以化学吸附为主。.(4) EPS在吸附Cd2+和Pb2+后C元素、N元素显著下降，Na元素减少甚至消失。同时，Zeta电位分析表明3种EPS表面带负电，不同EPS的Zeta电位上升，且吸附过程中存在离子交换。结合FTIR和XPS的分析可知，EPS参与吸附的官能团主要有多糖中的C-(C,H)、-OH、C=O和C-O以及蛋白质中的C=O、N-H。3D-EEM结果表明色氨酸类蛋白、类腐殖酸物质以及类酪氨酸蛋白在不同EPS吸附Cd2+和Pb2+的过程中发挥着重要作用。.(5) EPS的添加提高了土壤中的有效态Cd、Pb和Zn含量，导致了土壤EPS总量的变化。EPS的添加促进了土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性提升，还能增加土壤有机质、铵态氮和有效磷含量。.(6) EPS的添加导致变形菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门相对丰度增加。同时, EPS的添加增加了子囊菌门的相对丰度；EPS的添加显著提高了Chao 1指数却降低了Shannon指数。EPS的添加有助于调整土壤微生物群落的组成，增加高重金属耐受性的微生物丰度，以适应高重金属污染，

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Bacterial extracellular polymeric substances: Impact on soil microbial community composition and their potential role in heavy metal-contaminated soil
细菌胞外聚合物：对土壤微生物群落组成的影响及其在重金属污染土壤中的潜在作用
  • DOI：
    10.1016/j.ecoenv.2022.113701
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Ecotoxicology and Environmental Safety
  • 影响因子：
    6.8
  • 作者：
    Yi Li;Xinwei Shi;Qiujie Ling;Songying Li;Jiayu Wei;Meifen Xin;Dongyu Xie;Xuan Chen;Kehui Liu;Fangming Yu
  • 通讯作者：
    Fangming Yu
Bioaugmentation-assisted phytoremediation of manganese and cadmium co-contaminated soil by Polygonaceae plants (Polygonum hydropiper L. and Polygonum lapathifolium L.) and Enterobacter sp. FM-1
蓼科植物（Polygonum Hydropiper L.和Polygonum lapathifolium L.）和肠杆菌对锰和镉共同污染土壤的生物强化辅助植物修复。
  • DOI：
    10.1007/s11104-020-04447-x
  • 发表时间：
    2020-02
  • 期刊：
    Plant and Soil
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    李艺;林嘉敏;黄媛媛;姚亚威;王雪茹;刘承昭;梁映;刘可慧;于方明
  • 通讯作者：
    于方明
Characterization of plant growth-promoting traits of Enterobacter sp. and its ability to promote cadmium/lead accumulation in Centella asiatica L.
肠杆菌属植物促生长性状的表征。
  • DOI：
    10.1007/s11356-021-15948-2
  • 发表时间：
    2021-08
  • 期刊：
    ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTION RESEARCH
  • 影响因子：
    5.8
  • 作者：
    Li Yi;Mo Lijuan;Zhou Xiaoqin;Yao Yawei;Ma Jiangming;Liu Kehui;Yu Fangming
  • 通讯作者：
    Yu Fangming
Variation in Extracellular Polymeric Substances from Enterobacter sp. and Their Pb(2+) Adsorption Behaviors.
肠杆菌胞外聚合物物质的变异。
  • DOI：
    10.1021/acsomega.1c00185
  • 发表时间：
    2021-04-13
  • 期刊：
    ACS omega
  • 影响因子：
    4.1
  • 作者：
    Li Y;Xin M;Xie D;Fan S;Ma J;Liu K;Yu F
  • 通讯作者：
    Yu F
Enterobacter sp. FM-1 inoculation influenced heavy metal-induced oxidative stress in pakchoi (Brassica campestris L. ssp. Chinensis Makino) and water spinach (Ipomoea aquatic F.) cultivated in cadmium and lead co-contaminated soils
肠杆菌属
  • DOI：
    10.1007/s11104-020-04752-5
  • 发表时间：
    2020-10
  • 期刊：
    Plant and Soil
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    Yu Fangming;Yao Yawei;Feng Jingpei;Wang Xueru;Ma Jiangming;Liu Kehui;Li Yi
  • 通讯作者：
    Li Yi

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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    梁磊

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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