乳酸菌對(duì)重金屬鎘的耐受性和吸附機(jī)制研究.pdf

1、重金屬鎘通過各種來源進(jìn)入到環(huán)境中，從而導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品和食品污染。鎘的攝入會(huì)對(duì)人體的器官和各個(gè)系統(tǒng)造成危害。使用食品安全級(jí)的乳酸菌去除食品和人體中的鎘成為了新的研究方向。本論文通過篩選耐鎘乳酸菌、研究菌株對(duì)鎘的耐受性和吸附機(jī)制，對(duì)其作為鎘吸附劑的可行性進(jìn)行了評(píng)估，具體工作如下：
　　1.從土壤和人糞便樣品中分離出104株對(duì)重金屬鎘有較高耐受能力的疑似乳酸菌，通過最低抑菌濃度（MIC）測(cè)定篩選出11株耐受高濃度鎘（MIC≥4.0 g/L）

2、的菌株，經(jīng)細(xì)菌16S rRNA測(cè)序鑒定出7株為乳酸菌；同時(shí)對(duì)17株實(shí)驗(yàn)室保藏的標(biāo)準(zhǔn)乳酸桿菌進(jìn)行MIC測(cè)定，篩選出4株對(duì)鎘具有高耐受性的乳酸桿菌（MIC≥4.0 g/L）。
　　2.對(duì)乳酸菌的鎘吸附能力進(jìn)行初步探索，發(fā)現(xiàn)對(duì)鎘耐受的乳酸菌均具有鎘吸附能力，以上11株對(duì)鎘具有高耐受能力的乳酸菌在100 mg/L Cd2+水溶液中的吸附率達(dá)到21.0~31.4％。根據(jù)吸附效率選取4株菌，MT2-4(Enterococcus faecium

3、)、MT3-5(E. faecium)、RW2-4(E. faecalis)和LAB-5(Lactobacillus rhamnosus)對(duì)其鎘吸附特性進(jìn)行了考察，針對(duì)6個(gè)影響因素：pH、時(shí)間、溫度、金屬離子濃度、菌體濃度和菌體預(yù)處理對(duì)吸附的影響。結(jié)果顯示：（1）鎘離子初始濃度的增加使吸附量上升，吸附率總體呈下降趨勢(shì)；（2）菌體濃度升高使吸附量降低、吸附率上升；（3）隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附量和吸附率逐漸增加，在60~120 min達(dá)到

4、平衡；（4）pH對(duì)4株乳酸菌的影響不一樣，其中pH7.0為MT2-4、MT3-5和RW2-4的最佳pH值，pH4.0~6.0為L(zhǎng)AB-5的最佳pH；（5）溫度對(duì)乳酸菌的影響不大；（6）菌體預(yù)處理后的失活菌體對(duì)鎘的吸附能力增加。綜合認(rèn)為乳酸菌的最佳吸附條件為100 mg/L鎘離子濃度、5 g/L菌體濃度、pH=6.0~7.0、37℃、60~120 min。
　　3.以1株低耐受菌株LAB-54(L. plantarum)作為對(duì)照，使

5、用紅外光譜（FTIR）、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）3種分析手段結(jié)合研究分析RW2-4、MT3-5和LAB-5與鎘吸附前后的細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)及形態(tài)變化，證明了細(xì)胞組成成分參與了鎘離子與乳酸菌的相互作用，參與官能團(tuán)有羥基（O-H）、羧基（C=O）、磷酸基（P=O）、酰胺基（N-H）、烴基（C-H）。鎘離子使細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)受到了嚴(yán)重破壞，處理后的細(xì)胞出現(xiàn)變形、扭曲、凹陷、粗糙、皺褶、破裂、穿孔等現(xiàn)象，鎘離子微沉淀附著在胞壁和胞質(zhì)中。推

6、測(cè)乳酸菌與鎘相互作用的吸附機(jī)制包括胞外的絡(luò)合反應(yīng)、離子交換、物理吸附（靜電引力）、微沉淀和胞內(nèi)擴(kuò)散。
　　4.以低耐受菌株LAB-54作為對(duì)照，與 LAB-5同時(shí)進(jìn)行鎘的馴化培養(yǎng)。通過生長(zhǎng)曲線測(cè)定對(duì)這2株乳酸菌在重金屬鎘馴化過程中產(chǎn)生的變化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在馴化過程中，乳酸菌對(duì)新環(huán)境有一個(gè)短暫的適應(yīng)階段，隨著鎘離子濃度不斷地提升，細(xì)菌所需的適應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)。顯示受鎘脅迫的乳酸菌為了適應(yīng)壓力，啟動(dòng)了自身保護(hù)機(jī)制，降低了新陳代謝的速率，到達(dá)

7、新環(huán)境后代謝速率提升緩慢。此外，使用 PCR和脈沖場(chǎng)凝膠電泳技術(shù)（PFGE）對(duì)馴化后菌株的穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析。LAB-54不攜帶cadA耐受基因，高耐受性乳酸菌LAB-5攜帶cadA，馴化前后該基因序列未發(fā)生變化，該基因與鎘耐受性的關(guān)聯(lián)則需進(jìn)一步研究。馴化前后的LAB-5和LAB-54各自擁有專一的PFGE指紋圖譜，證明了馴化前后菌株的親本關(guān)系，馴化過程中不存在基因片段的重大缺失，確證了乳酸菌的穩(wěn)定性及馴化的安全性。
　　本研究所