克雷伯氏菌CW-D3T菌株硫酸盐厌氧呼吸对水中PHE-Cd2+的修复特性

【目的】针对菲(phenanthrene, PHE)-Cd²⁺污染体系,探究一株兼性厌氧克雷伯氏菌属(Klebsiella sp.) CW-D3T菌株利用硫酸盐作为末端电子受体厌氧呼吸耦合降解目标污染物,解析硫酸盐还原体系中该菌株对不同Cd²⁺赋存浓度的响应机制以及PHE的厌氧代谢途径。【方法】构建硫酸盐初始浓度为20 mmol/L的还原反应体系,以促进功能菌的生长代谢活性并强化修复PHE-Cd²⁺污染;分析胞外聚合物分泌量变化以及特征峰的振动特征,探讨体系中Cd²⁺梯度浓度胁迫时细胞自身的响应行为;借助GC-MS和HPLC对硫酸盐还原体系中PHE的代谢产物进行定性和定量分析。【结果】Cd²⁺胁迫浓度为0.5−50 mg/L条件下,Klebsiella sp. CW-D3T菌株的硫酸盐厌氧还原体系可以良好强化去除目标化合物;Cd²⁺胁迫浓度不高于10 mg/L时,PHE和Cd²⁺去除率均高于70.00%。随着Cd²⁺胁迫浓度的增加,胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)中胞外多糖分泌含量较胞外蛋白更高,菌体细胞表面的多糖和蛋白骨架官能团特征峰的谱峰强度增强。Cd²⁺胁迫下PHE在硫酸盐还原体系中初始活化步骤更倾向于羧基化产生2-菲甲酸,初始Cd²⁺浓度分别为10 mg/L和50 mg/L时,2-菲甲酸含量在第5天均达到峰值(15.56μg/L和10.23 μg/L),与未添加Cd²⁺对照组相比分别降低了27.56%和52.37%,Cd²⁺胁迫浓度对周期内与周期末2-菲甲酸含量具有显著影响。【结论】利用硫酸盐作为电子受体显著促进Cd²⁺赋存下Klebsiella sp. CW-D3T菌株对PHE的生物降解,胞外多糖和蛋白的解毒调控机制对提高微生物抗Cd²⁺胁迫具有积极作用。