導(dǎo)讀
常見微生物表面具有負(fù)電性而被用于正電金屬離子的富集。鉑在工業(yè)催化及醫(yī)藥領(lǐng)域具有的廣泛應(yīng)用,易造成水環(huán)境污染。但醫(yī)藥廢水中的鉑常以負(fù)離子配合物的形式存在,限制了醫(yī)藥廢水中鉑的生物富集。鑒于此,安徽大學(xué)孫英強(qiáng)與袁玉鵬教授團(tuán)隊(duì)合作,采用一種表面帶正電的溫泉紅藻去除PtCl62-,借助掃描電鏡、Zeta電位分析及細(xì)胞組分分析等探究溫泉紅藻的形貌、表面特性及組分變化,揭示PtCl62-的生物富集機(jī)理。相關(guān)成果以Bio-removal of PtCl62- complexby Galdieria sulphuraria為題發(fā)表在Science of the Total Environment,孫亞波碩士為論文第一作者,孫英強(qiáng)副教授為論文通訊作者。
在10,20,30,45ppm PtCl62-下,溫泉紅藻細(xì)胞均呈現(xiàn)一定的收縮,并且在45 ppmPtCl62-下,細(xì)胞壁呈現(xiàn)明顯的破裂 (圖1(a-d))。細(xì)胞的收縮使平均細(xì)胞大小比空白明顯降低(圖1(e))藻類的生長動(dòng)力學(xué)曲線表明:0-6 d 時(shí),PtCl62-對G.sularia的生長具有明顯的抑制作用,6-10 d時(shí),濃度低于30 ppm的PtCl62-對G.sularia的生長沒有明顯影響。但PtCl62-的濃度為45 ppm時(shí), G.sularia的生長明顯受到抑制 (圖1(f))。PtCl62-的濃度為10、20、30、45ppm時(shí),G.sularia可以對其有效的去除;10天后,去除率分別為94.58%、95.52%、95.92% 和 71.81% (圖1(g))。PtCl62-會(huì)影響G.sulfuraria的細(xì)胞代謝過程,進(jìn)而影響細(xì)胞組分。微藻在PtCl62-脅迫作用積累脂質(zhì)、保護(hù)細(xì)胞,因而GS-0、GS-10、GS-20 和 GS-30 的脂質(zhì)含量從 5.90、5.91、6.86 增加到7.38 wt%。同時(shí),胞外聚合物EPS和藻藍(lán)蛋白含量隨著PtCl62-的濃度增加而增加以降低PtCl62-對細(xì)胞膜和細(xì)胞器的損害、螯合PtCl62-(圖1(h-j))。
▲圖1 10,20,30,45 ppmPtCl62-下G.sularia的掃描電鏡圖:(a)GS-10;(b)GS-20;(c)GS-30;(d)GS-45;(e):G.sularia的生長曲線;(f):PtCl62-的動(dòng)力學(xué)曲線; (g)細(xì)胞平均直徑;(h) 油脂含量;(i) 蛋白及多糖含量;(j)藻藍(lán)蛋白、別藻藍(lán)蛋白、藻紅蛋白含量(來源:ScienceDirect)
Zeta電位分析表明GS-0、GS-10、GS-20和GS-30的zeta電位分別為1.17、2.03、1.50和2.10 mV,有利于去除負(fù)離子螯合物PtCl62-(圖2(a))。為進(jìn)一步證實(shí)G.sulfuraria對PtCl62-的靜電吸附,作者采用G.sulfuraria進(jìn)行Cu2+和MoO42-的去除。結(jié)果表明,Cu2+的濃度沒有明顯變化,而MoO42-的濃度顯著降低,證明靜電吸引力在G.sulfuraria去除PtCl62-中起主要作用 (圖2(b, c))。
▲圖2 (a)GS-0、GS-10、GS-30、GS-45 (含有胞外聚合物)的Zeta電位;(b) G.sularia去除Cu2+(c) G.sularia去除MoO42-(來源:ScienceDirect)
為揭示G.sulfuraria去除PtCl62-的機(jī)理,分析了Pt在細(xì)胞組分中的分布。在10,20,30,45ppm PtCl62-時(shí),G.sularia細(xì)胞內(nèi)Pt的含量分別是 92.39%、93.77%、94.29% 和 75.21%;GS-10、GS-10、GS-30的上清液中PtCl62-的濃度從 7.90%、6.40% 下降到 5.30%,GS-45的上清液中Pt的含量為24.02%;EPS中Pt的含量最少 (圖3(a))。結(jié)果表明,Pt主要分布在細(xì)胞內(nèi)部。進(jìn)一步分析表明Pt通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入GS-10、GS-20 和 GS-30 的細(xì)胞內(nèi),并與藻藍(lán)蛋白螯合 (藻膽蛋白中Pt的含量分別為 8.56、10.25、17.58 mg/(mg 藻膽蛋白) (圖3(b))。由于PtCl62-在藻細(xì)胞富集后的分解、螯合,EPS和藻細(xì)胞(無EPS)的Zeta電位逐漸增加 (圖3(c, d))。
▲圖3 (a) Pt在G.sulfuraria 細(xì)胞、EPS 和上清液中的分布;(b) G.sulfuraria藻膽蛋白中Pt的含量;(c) EPS 的 Zeta 電位;(d):G.sulfuraria細(xì)胞(無EPS)的Zeta電位(來源:ScienceDirect)
綜上所述,G.sulfuraria可以有效的去除低于30ppm的PtCl62?,為PtCl62?類負(fù)電金屬配合物的生物去除提供了一種新方法。
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聯(lián)系作者: 孫英強(qiáng),副教授,安徽大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院