乳酸菌對重金屬鎘的耐受性和吸附機制研究.pdf

1、重金屬鎘通過各種來源進入到環(huán)境中，從而導致農(nóng)產(chǎn)品和食品污染。鎘的攝入會對人體的器官和各個系統(tǒng)造成危害。使用食品安全級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、研究菌株對鎘的耐受性和吸附機制，對其作為鎘吸附劑的可行性進行了評估，具體工作如下：
　　1.從土壤和人糞便樣品中分離出104株對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）測定篩選出11株耐受高濃度鎘（MIC≥4.0 g/L）

2、的菌株，經(jīng)細菌16S rRNA測序鑒定出7株為乳酸菌；同時對17株實驗室保藏的標準乳酸桿菌進行MIC測定，篩選出4株對鎘具有高耐受性的乳酸桿菌（MIC≥4.0 g/L）。
　　2.對乳酸菌的鎘吸附能力進行初步探索，發(fā)現(xiàn)對鎘耐受的乳酸菌均具有鎘吸附能力，以上11株對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)對其鎘吸附特性進行了考察，針對6個影響因素：pH、時間、溫度、金屬離子濃度、菌體濃度和菌體預(yù)處理對吸附的影響。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；（2）菌體濃度升高使吸附量降低、吸附率上升；（3）隨著吸附時間的延長，吸附量和吸附率逐漸增加，在60~120 min達到

4、平衡；（4）pH對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LAB-5的最佳pH；（5）溫度對乳酸菌的影響不大；（6）菌體預(yù)處理后的失活菌體對鎘的吸附能力增加。綜合認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與鎘吸附前后的細胞微觀結(jié)構(gòu)及形態(tài)變化，證明了細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）。鎘離子使細胞的微觀結(jié)構(gòu)受到了嚴重破壞，處理后的細胞出現(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、測乳酸菌與鎘相互作用的吸附機制包括胞外的絡(luò)合反應(yīng)、離子交換、物理吸附（靜電引力）、微沉淀和胞內(nèi)擴散。
　　4.以低耐受菌株LAB-54作為對照，與 LAB-5同時進行鎘的馴化培養(yǎng)。通過生長曲線測定對這2株乳酸菌在重金屬鎘馴化過程中產(chǎn)生的變化進行研究，發(fā)現(xiàn)在馴化過程中，乳酸菌對新環(huán)境有一個短暫的適應(yīng)階段，隨著鎘離子濃度不斷地提升，細菌所需的適應(yīng)時間延長。顯示受鎘脅迫的乳酸菌為了適應(yīng)壓力，啟動了自身保護機制，降低了新陳代謝的速率，到達

7、新環(huán)境后代謝速率提升緩慢。此外，使用 PCR和脈沖場凝膠電泳技術(shù)（PFGE）對馴化后菌株的穩(wěn)定性進行研究分析。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