U(Ⅵ)在芽孢桿菌Bacillus sp.dwc-2上的礦化動(dòng)力學(xué)研究

郭豫齊,涂 鴻,李飛澤,蘭 圖,楊吉軍,楊遠(yuǎn)友,劉 寧,廖家莉

(四川大學(xué) 原子核科學(xué)技術(shù)研究所 輻射物理及技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610064)

眾所周知,具有放射性和化學(xué)毒性的重金屬元素鈾(U)排放到環(huán)境中將可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成污染和破壞,并在遷移過(guò)程中隨著食物鏈富集,最終威脅人類的健康[1-3]。微生物作為廣泛分布的環(huán)境有機(jī)質(zhì),具有體積小、活性高的特點(diǎn),可通過(guò)生物吸附、生物積累和生物礦化等方式與鈾相互作用,改變鈾的溶解度和化學(xué)形態(tài),從而影響鈾在環(huán)境中的化學(xué)形態(tài)與遷移行為[4-6]。其中,微生物誘導(dǎo)鈾生物礦化,可將可溶性鈾轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛容^低的鈾礦,影響鈾的生物利用,阻止鈾在環(huán)境中的遷移[7-9]。

分析已有的研究可知,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已對(duì)可能影響U(Ⅵ)生物礦化行為的因素進(jìn)行了大量考察,并對(duì)其機(jī)制進(jìn)行了探討。但迄今為止,這些研究主要集中于選用已處于某一生長(zhǎng)階段(對(duì)數(shù)期或穩(wěn)定期)的微生物進(jìn)行考察。但針對(duì)完整生長(zhǎng)和繁殖階段的微生物誘導(dǎo)U(Ⅵ)礦化的動(dòng)力學(xué)行為研究較少,相關(guān)的機(jī)制也不明確[21]。為此,本文從某擬用作極低放射性廢物處置場(chǎng)場(chǎng)所的土壤中分離出1株細(xì)菌Bacillussp.dwc-2[22],通過(guò)考察pH值、SGP濃度、U(Ⅵ)初始濃度等因素對(duì)U(Ⅵ)礦化行為的影響,揭示其在生長(zhǎng)和繁殖過(guò)程中誘導(dǎo)U(Ⅵ)形成磷酸鹽礦物的動(dòng)力學(xué)行為,并對(duì)其相應(yīng)的生物響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行探討,以便更好地理解微生物誘導(dǎo)鈾礦化的行為與機(jī)制,為鈾污染環(huán)境的生物修復(fù)提供具有參考價(jià)值的思路與方法。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

八氧化三鈾(U3O8)購(gòu)自湖北楚盛威化工有限公司,其余試劑均為分析純。

LDZX-50KBS立式高壓蒸汽滅菌鍋,上海市申安醫(yī)療器械廠;TGL-16G臺(tái)式離心機(jī)、FD-1-50冷凍干燥機(jī),北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;pHS-3C精密pH儀,上海精密科學(xué)儀器有限公司雷磁儀器廠;DHP-9082電熱恒溫培養(yǎng)箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;UV-2450紫外-可見分光光度計(jì),日本島津;DX-2700BH X射線衍射儀(XRD),丹東浩元儀器有限公司。

1.2 U(Ⅵ)儲(chǔ)備溶液制備

鈾儲(chǔ)備溶液由U3O8制備。具體過(guò)程如下:將U3O8在800 ℃下加熱30 min并冷卻12 h,去除硝酸鹽和硫酸鹽等雜質(zhì);稱取1.179 g預(yù)處理的U3O8,將其溶解在40～50 mL濃硝酸中;將所得溶液加熱蒸發(fā)至體積盡可能小(無(wú)晶體沉淀);多次加入去離子水并加熱以蒸發(fā)酸,直到溶液的總體積達(dá)到1 L,此時(shí)U(Ⅵ)濃度為1 g/L,系統(tǒng)的pH值約為2.7[23]。

1.3 U(Ⅵ)礦化實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所用培養(yǎng)基為L(zhǎng)uria-Bertani培養(yǎng)基(酵母粉5 g/L、蛋白胨10 g/L、NaCl 10 g/L、pH=7.0±0.2),溶液總體積為200 mL。在121 ℃下將溶解均勻的液體培養(yǎng)基濕熱滅菌30 min。將甘油磷酸鈉(C3H6NaO7P,SGP)通過(guò)0.22 μm濾膜過(guò)濾后加入到培養(yǎng)基中,之后將通過(guò)0.22 μm濾膜過(guò)濾的鈾酰溶液加入到培養(yǎng)基中(防止U(Ⅵ)的沉淀),并確保最終的SGP和U(Ⅵ)濃度為所需要的值,最后加入Bacillussp.dwc-2并調(diào)節(jié)pH值至所需的值,在37 ℃下進(jìn)行礦化反應(yīng)。礦化時(shí)間為細(xì)胞的1個(gè)完整培養(yǎng)周期(48 h)。

1.4 磷酸鹽濃度測(cè)定

采用磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定礦化過(guò)程溶液中的無(wú)機(jī)磷酸鹽濃度,具體方法如下。1) 配置26 g/L鉬酸銨-酒石酸銻鉀溶液(以總體積1 L為例):向300 mL去離子水中緩慢滴加300 mL濃硫酸,待溶液冷卻后,加入200 mL 130 g/L的鉬酸銨溶液混合均勻,最后加入200 mL 3.5 g/L的酒石酸銻鉀溶液?？箟难崛芤旱馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。2) 將不同礦化時(shí)間點(diǎn)的培養(yǎng)基懸濁液在5 000 r/min下離心6 min,吸取1 mL上清液加入到25 mL容量瓶中,再依次加入2 mL 26 g/L的鉬酸銨-酒石酸銻鉀溶液、1 mL 10%抗壞血酸溶液,最后加入去離子水定容至25 mL,水浴鍋20 ℃條件下反應(yīng)20 min。3) 在710 nm處測(cè)定其濃度。

1.5 磷酸酶活性測(cè)定

礦化過(guò)程中菌體磷酸酶的活性通過(guò)對(duì)硝基苯磷酸二鈉(pNPP)比色法測(cè)定。具體方法如下:吸取1 mL待測(cè)培養(yǎng)基懸濁液,加入至2 mL 100 mmol/L 的pNPP(Tris-HCl作為緩沖溶液)中,恒溫振蕩箱30 ℃條件下充分反應(yīng)30 min;隨后加入3 mL 10 mol/L NaOH溶液終止反應(yīng);最后采用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)定405 nm處反應(yīng)溶液的吸光度。

1.6 磷酸酶催化反應(yīng)速度測(cè)定

將Bacillussp.dwc-2接種在培養(yǎng)基中培養(yǎng)48 h,離心獲取濕重為1.0 g的菌體,并用去離子水清洗2次。取清洗好的菌體放入裝有50 mL不同濃度(0～200 mmol/L,梯度25 mmol/L,pH=7.0)SGP溶液的試管中,在30 ℃的振蕩箱中恒溫反應(yīng)1、3、6 h,采用磷鉬藍(lán)法測(cè)量細(xì)菌代謝產(chǎn)生的磷酸鹽濃度(cpi)并取平均值。無(wú)機(jī)磷酸鹽代謝速率(v)采用v=cpi/t計(jì)算,其中t為反應(yīng)時(shí)間。

1.7 生長(zhǎng)曲線測(cè)定

吸取不同礦化時(shí)間點(diǎn)的菌體懸液,采用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)定其在600 nm處的吸光度,繪制礦化過(guò)程中吸光度隨時(shí)間變化的菌體生長(zhǎng)曲線。

1.8 礦化產(chǎn)物表征

1) 晶體結(jié)構(gòu)表征

將不同礦化時(shí)間點(diǎn)的培養(yǎng)基懸濁液在5 000 r/min下離心6 min,離心所得菌體冷凍干燥(-50 ℃,20 Pa,2 d)、研磨,過(guò)200目篩,用X射線衍射儀進(jìn)行表征。具體測(cè)量參數(shù)為:2θ模式,運(yùn)行電壓30 kV,Cu靶(Kα,λ=0.154 06 nm)、掃描步長(zhǎng)0.04°,測(cè)量時(shí)間1 s,衍射角5°～60°。

2) 形貌及成分表征

不同礦化時(shí)間點(diǎn)的樣品在5 000 r/min下離心5 min,將離心所得菌體用0.1 mol/L的NaCl溶液和已滅菌的去離子水清洗2次。取清洗后的菌體,在室溫下用含2.5%(體積分?jǐn)?shù))戊二醛的固定液(pH=6.5)完全浸沒(méi),置于4 ℃冰箱中固定12 h。固定后的樣品再次用滅菌的去離子水清洗2次,然后將所得樣品用酒精梯度脫水,酒精梯度脫水的具體過(guò)程為:采用50%～100%(體積分?jǐn)?shù),梯度10%)乙醇水溶液逐步脫水,每次脫水30 min。酒精梯度脫水完成后,將樣品進(jìn)行CO2臨界點(diǎn)干燥、鍍膜。利用SEM掃描電子顯微鏡(型號(hào)Zeiss Gemini 300)對(duì)臨界點(diǎn)干燥后的樣品進(jìn)行形貌測(cè)試,利用能量散射X射線譜(EDS)對(duì)樣品的成分進(jìn)行表征。

2 結(jié)果與討論

2.1 U(Ⅵ)生物礦化行為的影響因素

1) U(Ⅵ)初始濃度

pH=7.0、SGP濃度125 mmol/L時(shí),不同U(Ⅵ)初始濃度下U(Ⅵ)礦化沉積物的XRD譜示于圖1。由圖1可看出,U(Ⅵ)初始濃度為50 mg/L時(shí),U(Ⅵ)在生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)12 h)開始礦化,出現(xiàn)部分衍射峰,但沉積物仍以無(wú)定形為主;隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加,礦化程度基本不變,直到生長(zhǎng)衰亡期(培養(yǎng)48 h),沉積物衍射峰逐漸尖銳,此時(shí)無(wú)定形沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)榫w礦物。通過(guò)與國(guó)際中心衍射數(shù)據(jù)庫(kù)(ICDD)的標(biāo)準(zhǔn)卡片(PDF#00-029-1284)進(jìn)行對(duì)比,確定Bacillussp.dwc-2礦化U(Ⅵ)形成的晶體礦物為鈉鈾云母(NaUO2PO4·3H2O)。U(Ⅵ)濃度增加到100 mg/L時(shí),礦化效果有所提升,衍射峰在生長(zhǎng)穩(wěn)定期(培養(yǎng)24 h)逐漸尖銳,晶體礦物開始形成。而當(dāng)U(Ⅵ)濃度增加到150 mg/L時(shí),礦化速度顯著提升,生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)12 h)即形成明顯的晶體礦物。由此可見,U(Ⅵ)的礦化作用隨U(Ⅵ)初始濃度的增加而逐漸提升。

培養(yǎng)時(shí)間:a——12 h;b——24 h;c——36 h;d——48 h圖1 不同U(Ⅵ)初始濃度下U(Ⅵ)礦化沉積物的XRD譜Fig.1 XRD patterns of U(Ⅵ) biomineralized sediment under different initial U(Ⅵ) concentrations

2) SGP濃度

pH=7.0、U(Ⅵ)初始濃度為150 mg/L時(shí),不同濃度SGP下,U(Ⅵ)礦化沉積物的XRD譜示于圖2。由圖2可見,SGP濃度為25 mmol/L 時(shí),生長(zhǎng)穩(wěn)定期(培養(yǎng)24 h)后衍射峰逐漸尖銳,沉積物從無(wú)定形產(chǎn)物明顯轉(zhuǎn)變?yōu)榫w礦物。隨著SGP濃度的增加,沉積物向晶體礦物轉(zhuǎn)變的時(shí)間逐漸提前。當(dāng)SGP濃度增加至125 mmol/L及以上時(shí),其對(duì)U(Ⅵ)礦化的促進(jìn)效果達(dá)到飽和,無(wú)定形產(chǎn)物向晶體礦物轉(zhuǎn)化的時(shí)間最快提前至生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)12 h)。

培養(yǎng)時(shí)間:a——8 h;b——10 h;c——12 h;d——24 h;e——36 h;f——48 h圖2 不同SGP濃度下U(Ⅵ)礦化沉積物的XRD譜Fig.2 XRD patterns of U(Ⅵ) biomineralized sediment under different SGP concentrations

為進(jìn)一步了解有機(jī)磷濃度對(duì)磷酸酶活性的影響,測(cè)定了磷酸酶在不同濃度SGP下的催化反應(yīng)速率,結(jié)果如圖3所示。由圖3可見,SGP濃度小于25 mmoL/L時(shí),磷酸酶催化反應(yīng)速率隨SGP濃度的增加而快速增加,表明磷酸酶代謝SGP產(chǎn)生磷酸鹽的速率加快,有利于磷酸鹽與U(Ⅵ)的絡(luò)合沉積。而當(dāng)SGP濃度大于125 mmol/L時(shí),磷酸酶催化反應(yīng)速率逐漸趨于飽和,代謝產(chǎn)生的磷酸鹽與U(Ⅵ)礦化沉積的作用也逐漸趨于穩(wěn)定,進(jìn)一步證明無(wú)定形沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)榫w礦物的時(shí)間穩(wěn)定在生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)12 h)。

圖3 磷酸酶對(duì)不同濃度SGP的催化分解速率Fig.3 Catalytic decomposition rate of phosphatase to different concentrations SGP

3) 初始pH值

SGP濃度為125 mmol/L、U(Ⅵ)初始濃度為150 mg/L時(shí),不同初始pH值條件下U(Ⅵ)礦化沉積物的XRD譜示于圖4。由圖4可看出,與酸性(pH=5.5)條件相比,中性及堿性(pH=7.0、8.5)條件更有利于U(Ⅵ)的礦化。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步考察pH=7.0、8.5兩種條件對(duì)U(Ⅵ)礦化的影響,結(jié)果示于圖5,U(Ⅵ)初始濃度為150 mg/L。由圖5可見,當(dāng)體系的初始pH值從7.0增加到8.5時(shí),U(Ⅵ)的礦化效果逐漸增強(qiáng),即使SGP濃度只有25 mmol/L,Bacillussp.dwc-2仍能有效誘導(dǎo)U(Ⅵ)礦化,沉積物的結(jié)構(gòu)從無(wú)定形轉(zhuǎn)化為晶體的時(shí)間提前至生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)8 h)。

圖4 不同體系pH值下培養(yǎng)48 h時(shí)U(Ⅵ)礦化沉積物的XRD譜Fig.4 XRD patterns of U(Ⅵ) biomineralized sediment cultured for 48 h at different initial pH values

培養(yǎng)時(shí)間:a——8 h;b——10 h;c——12 h;d——24 h;e——36 h;e——48 h圖5 不同體系pH值及SGP濃度下U(Ⅵ)礦化沉積物的XRD譜Fig.5 XRD patterns of U(Ⅵ) biomineralized sediment under different initial pH values and SGP concentrations

2.2 礦化產(chǎn)物的形貌及成分

初始pH=7.0、SGP濃度為125 mmol/L、U(Ⅵ)初始濃度為150 mg/L條件下所形成的U(Ⅵ)礦化沉積物中菌體的形貌及分布隨礦化時(shí)間的變化如圖6所示。由圖6可看出,與U(Ⅵ)接觸后,菌體原先光滑的表面逐漸皺縮以及粗糙。生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)8 h),菌體表面已開始有顆粒狀沉積物形成,隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加,U(Ⅵ)不斷被菌體吸附,沉積物逐漸增多聚集,并附著在菌體表面。

圖6 礦化過(guò)程中菌體的SEM圖像及EDS分析結(jié)果Fig.6 SEM image and EDS analysis results of Bacillus sp.dwc-2 during biomineralization

沉積物的EDS分析結(jié)果顯示,大片顆粒狀礦物中所含元素包含C、N、O、P、U等。P和U的存在表明沉積物可能是Bacillussp.dwc-2誘導(dǎo)U(Ⅵ)礦化過(guò)程中產(chǎn)生的磷酸鹽礦物。在生長(zhǎng)衰亡期(培養(yǎng)24～48 h),營(yíng)養(yǎng)缺乏和溶菌酶的作用會(huì)造成菌體結(jié)構(gòu)瓦解,而U(Ⅵ)的存在可能會(huì)抑制溶菌酶的作用。這一結(jié)果提示,即使在衰亡期菌體活性下降并部分死亡,但完整的菌體結(jié)構(gòu)仍可繼續(xù)礦化U(Ⅵ)并將其固定在菌體表面,阻止U(Ⅵ)在環(huán)境中的遷移,這對(duì)于鈾污染環(huán)境的生物修復(fù)具有重要意義。

2.3 礦化過(guò)程中的生物響應(yīng)機(jī)制

1) 礦化過(guò)程中菌體的生長(zhǎng)變化

不同條件下礦化過(guò)程中Bacillussp.dwc-2的生長(zhǎng)變化如圖7所示。由圖7可看出,生長(zhǎng)遲滯期至對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)0～12 h),菌體生長(zhǎng)與對(duì)照組中沒(méi)有明顯差距,仍可正常生長(zhǎng)繁殖并誘導(dǎo)U(Ⅵ)的沉積/礦化。結(jié)合圖1、2、5進(jìn)一步分析可知,菌體處于生長(zhǎng)遲滯期(培養(yǎng)0～4 h)時(shí),數(shù)量還未形成規(guī)模,還不足以誘導(dǎo)U(Ⅵ)沉積/礦化。隨著礦化時(shí)間的增加,U(Ⅵ)的礦化程度逐漸提升,并在生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)8 h)形成一定量的沉積/礦化物。而在生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期至衰亡期(培養(yǎng)12～48 h),含U(Ⅵ)礦化組中細(xì)胞的活性明顯低于無(wú)U(Ⅵ)對(duì)照組的細(xì)胞活性,且U(Ⅵ)濃度越高,細(xì)胞活性下降越快。細(xì)胞活性的變化可能會(huì)影響磷酸酶活性的表達(dá)和有機(jī)磷的代謝,從而影響其礦化行為。

圖7 不同U(Ⅵ)初始濃度(a)和pH值(b)條件下礦化過(guò)程中的細(xì)胞活性Fig.7 Cell activity during biomineralization under different initial U(Ⅵ) concentrations (a) and pH values (b)

2) 礦化過(guò)程中磷酸酶活性及有機(jī)磷代謝的變化

不同條件下礦化過(guò)程中磷酸酶的活性變化示于圖8。由圖8a可知,生長(zhǎng)遲滯期至對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)0～12 h),含U(Ⅵ)礦化組中的磷酸酶表達(dá)了較高的活性,且高于對(duì)照組,提示U(Ⅵ)在一定程度上刺激了菌體磷酸酶活性的表達(dá),且隨著U(Ⅵ)濃度的增加,這種促進(jìn)作用增強(qiáng)。但在生長(zhǎng)衰亡期(培養(yǎng)24～48 h),含U(Ⅵ)礦化組中磷酸酶活性快速下降,且低于對(duì)照組。結(jié)合圖7分析,這可能是因?yàn)榧?xì)胞活性的下降在一定程度上影響了磷酸酶的活性。由圖8b可知,含U(Ⅵ)培養(yǎng)基中,在生長(zhǎng)遲滯期(培養(yǎng)0～4 h),中性(pH=7.0)條件下磷酸酶表現(xiàn)出最高的活性。隨著礦化時(shí)間的增加,堿性(pH=8.5)條件下的磷酸酶活性快速增長(zhǎng),并在對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)8 h)超過(guò)中性(pH=7.0)條件下的磷酸酶活性。在生長(zhǎng)遲滯期至對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)0～12 h),中性及堿性(pH=7.0、8.5)兩種條件下的磷酸酶活性始終高于酸性(pH=5.5)條件。

圖8 不同U(Ⅵ)初始濃度(a)和pH值(b)條件下礦化過(guò)程中的菌體磷酸酶活性Fig.8 Enzymatic activity of bacteria during biomineralization under different initial U(Ⅵ) concentrations (a) and pH values (b)

磷酸酶活性的變化會(huì)影響有機(jī)磷的代謝。磷酸鹽濃度在礦化過(guò)程中的變化如圖9所示。由于磷酸酶在分解SGP的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生磷酸鹽,使得培養(yǎng)基中的磷酸鹽濃度不斷增加。但在生長(zhǎng)衰亡期(培養(yǎng)24～48 h),由于磷酸酶活性降低,導(dǎo)致磷酸鹽濃度的增速減小。磷酸酶代謝產(chǎn)生的磷酸鹽將用于U(Ⅵ)的礦化沉積,磷酸鹽的消耗量越高,U(Ⅵ)的礦化作用越強(qiáng)。圖9a顯示,隨著U(Ⅵ)初始濃度的增加,培養(yǎng)基中磷酸鹽的濃度在整個(gè)礦化周期始終低于未加U(Ⅵ)的對(duì)照組。U(Ⅵ)初始濃度越高,培養(yǎng)基中的磷酸鹽濃度越低,即磷酸鹽消耗量越高。由圖9b可知,不同pH值條件下均有磷酸鹽的消耗。中性及堿性(pH=7.0、8.5)條件下,生長(zhǎng)遲滯期(培養(yǎng)0～4 h)已有磷酸鹽的消耗,而在酸性(pH=5.5)條件下,磷酸鹽則在10 h后開始逐漸消耗。

圖9 不同U(Ⅵ)初始濃度(a)和pH值(b)條件下礦化過(guò)程中的溶液磷酸鹽濃度Fig.9 Phosphate concentration in solution during biomineralization under different initial U(Ⅵ) concentrations (a) and pH values (b)

上述結(jié)果表明,較高的U(Ⅵ)初始濃度、中性和堿性條件更加有利于酶活性的表達(dá)和磷酸鹽的消耗,進(jìn)而有利于U(Ⅵ)的礦化沉積。這種促進(jìn)作用主要發(fā)生在菌體生長(zhǎng)的遲滯期至對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)0～12 h)。因此當(dāng)體系中U(Ⅵ)初始濃度較高,且處于中性及堿性條件時(shí),U(Ⅵ)在菌體生長(zhǎng)的對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)8～12 h)即可有效礦化,這與2.1節(jié)所得結(jié)果相吻合。而在菌體的衰亡期(培養(yǎng)24～48 h),磷酸酶活性和SGP的代謝受到細(xì)胞活性的影響而下降,進(jìn)而在一定程度上抑制了U(Ⅵ)的礦化。

3) 礦化過(guò)程中菌體對(duì)體系pH值的調(diào)節(jié)

細(xì)菌在生長(zhǎng)和繁殖的過(guò)程中會(huì)調(diào)節(jié)體系pH值,而體系pH值的變化會(huì)影響酶的活性,進(jìn)而影響U(Ⅵ)的礦化。不同條件下礦化過(guò)程中體系pH值的變化如圖10所示。由圖10可看出,隨著礦化時(shí)間的增加,含U(Ⅵ)礦化組與無(wú)U(Ⅵ)對(duì)照組的pH值均呈上升趨勢(shì),并最終控制在近中性和弱堿性范圍內(nèi)。這表明菌體會(huì)調(diào)節(jié)體系pH值至適宜生長(zhǎng)繁殖和有利于U(Ⅵ)礦化的范圍內(nèi),該結(jié)果與2.1節(jié)所得結(jié)果相吻合。但在U(Ⅵ)初始濃度(圖10a)和初始pH值(圖10b)不同的U(Ⅵ)礦化組中,體系pH值的升高較無(wú)U(Ⅵ)對(duì)照組慢,表明U(Ⅵ)的沉積/礦化會(huì)影響菌體調(diào)節(jié)體系pH值的能力。

3 結(jié)論

本文通過(guò)考察初始pH值、SGP濃度、U(Ⅵ)初始濃度等因素對(duì)處于生長(zhǎng)和繁殖階段的Bacillussp.dwc-2誘導(dǎo)U(Ⅵ)礦化動(dòng)力學(xué)行為的影響,得到如下結(jié)論。

1)Bacillussp.dwc-2可誘導(dǎo)U(Ⅵ)形成鈉鈾云母(NaUO2PO4·3H2O)晶質(zhì)鈾礦。

2) U(Ⅵ)的礦化效果隨U(Ⅵ)初始濃度的增加而逐漸提升,在生長(zhǎng)遲滯期及對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)0～12 h),U(Ⅵ)會(huì)刺激菌體磷酸酶活性的表達(dá),促進(jìn)SGP的分解和磷酸鹽的消耗,有利于U(Ⅵ)的礦化;在生長(zhǎng)衰亡期(培養(yǎng)24～48 h),U(Ⅵ)初始濃度越高,細(xì)胞活性下降越快,磷酸酶活性的表達(dá)和SGP的分解受到抑制,阻止了U(Ⅵ)的礦化。

3) SGP濃度越高越有利于磷酸酶催化分解SGP的進(jìn)行,U(Ⅵ)的礦化程度越明顯,當(dāng)SGP濃度增加至125 mmol/L及以上時(shí),酶促反應(yīng)速率達(dá)到飽和值,礦化沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)榫w礦物的時(shí)間穩(wěn)定在生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)12 h)。

4) 中性及堿性條件下,生長(zhǎng)遲滯期至對(duì)數(shù)期(培養(yǎng)0～12 h)的菌體磷酸酶活性更高、增長(zhǎng)速度快,有利于SGP的分解和U(Ⅵ)的礦化,當(dāng)體系pH值從7.0提高至8.5時(shí),沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)榫w礦物的時(shí)間可從對(duì)數(shù)期培養(yǎng)12 h提前至對(duì)數(shù)期培養(yǎng)8 h。