王永華,謝水波,2*,劉金香,馬華龍,凌 輝,吳宇琦(.南華大學(xué),污染控制與資源化技術(shù)湖南省高校重點實驗室,湖南 衡陽 4200：2.南華大學(xué),鈾礦冶生物技術(shù)國防重點學(xué)科實驗室,湖南 衡陽 4200)

奧奈達希瓦氏菌MR-1還原U(VI)的特性及影響因素

王永華1,謝水波1,2*,劉金香1,馬華龍1,凌 輝1,吳宇琦1(1.南華大學(xué),污染控制與資源化技術(shù)湖南省高校重點實驗室,湖南 衡陽 421001：2.南華大學(xué),鈾礦冶生物技術(shù)國防重點學(xué)科實驗室,湖南 衡陽 421001)

探討了在腐殖質(zhì)模式物蒽醌?2?磺酸鈉(AQS)存在條件下,奧奈達希瓦氏菌MR-1的還原U(VI)特性.結(jié)果表明,在厭氧環(huán)境下奧奈達希瓦氏菌以AQS為電子穿梭載體,利用電子供體高效還原U(VI).當菌體投加量為1.2×109個時,其還原鈾的效率達95.09%; AQS的濃度低于0.5mmol/L時有利于MR-1菌厭氧還原U(VI),AQS濃度的升高U(VI)的還原明顯受到抑制.當U(VI)初始濃度為30.0mg/L時,分別以甲酸鹽、乙酸鹽和乳酸鹽為電子供體,經(jīng)過7d后其還原率分別達到95.37%、92.41%和95.65%.金屬離子(Cu2+、Mn2+、Ca2+)、有毒有機物等對U(VI)還原產(chǎn)生影響.當Ca2+的濃度為2.0mmol/L時,對U(VI)的還原有微弱的促進作用,而當Cu2+和Mn2+濃度為2.0mmol/L時,則存在較強的抑制作用.奧奈達希瓦氏菌也能利用環(huán)境中甲苯、三氯乙酸、順丁烯二酸等有毒物質(zhì)高效還原U(VI),同時使有毒物質(zhì)得到降解.掃描電子顯微鏡(SEM)和電子能譜(EDS)分析結(jié)果表明,奧奈達希瓦氏菌菌體中沉積了鈾元素.

U(VI)還原；奧奈達希瓦氏菌；蒽醌?2?磺酸鈉(AQS)；重金屬

鈾礦冶中常產(chǎn)生大量的尾礦、廢石和低濃度含鈾廢液,含有大量鈾、鐳等放射性核素和殘留污染物,它們隨水體滲透遷移對水體和土壤構(gòu)成極大生態(tài)風(fēng)險[1-3].鈾礦坑道廢水中鈾濃度一般在0.5～40mg/L,美國田納西橡樹嶺Y-12設(shè)施區(qū)中心第三區(qū)污染區(qū)域鈾濃度達40～60mg/L.放射性廢液對人類存在潛在的致癌致畸和致突變作用[4-5],因此,需要對污染物廢液進行資源回收利用或穩(wěn)定安全處理.

相對于物理化學(xué)處理方法,微生物法處理含鈾廢液具有高效、成本低、耗能少和無二次污染物等優(yōu)點,受到廣泛關(guān)注.據(jù)報道希瓦氏菌屬(Shewanella)能利用多種高價態(tài)金屬及其氧化物、有機污染物作為電子受體進行厭氧呼吸,在重金屬污染治理領(lǐng)域具有很大潛力[6].近期實驗研究已經(jīng)證實[7],金屬還原菌(Shewanella oneidensis, Geobacter metallireducens)可將地下水和廢液中溶解態(tài)的U(VI)還原成難溶態(tài)的U(IV),以晶質(zhì)鈾礦的形式沉淀.奧奈達希瓦氏菌(Shewanella oneidensis)屬于革蘭氏陰性細菌, 兼性厭氧,產(chǎn)能代謝和電子傳遞途徑多樣化,能以氧氣為最終電子受體進行有氧呼吸,也能利用鐵、錳、鈾、硝酸鹽、氧化三甲胺等作為最終電子受體進行無氧呼吸,已經(jīng)證明其可通過Fe(Ⅲ)還原獲得能量[8].研究還表明[9-12],在無氧環(huán)境下,奧奈達希瓦氏菌能夠還原Cr、Co、Pd、Tc、U、Pu等有毒或者放射性金屬.目前已有關(guān)于奧奈達希瓦氏菌對偶氮染料[13-14]和有毒有機物[15]的降解研究,而對U(VI)等放射性金屬的還原沉降研究尚不夠深入.本研究采用AQS協(xié)同作用下奧奈達希瓦氏菌處理U(VI),探討鈾污染處理和鈾資源回收利用的新的思路和方法.

采用奧奈達希瓦氏菌MR-1為模式菌株,試驗探討了影響U(VI)還原效果的主要因素,以及AQS存在條件下菌株的厭氧還原U(VI)特性,以期為核環(huán)境保護和放射性污染生物修復(fù)技術(shù)開發(fā)與資源回收利用提供參考.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

奧奈達希瓦氏菌MR-1,中國海洋微生物菌種保藏管理中心提供(MCCC,編號1A01706).

培養(yǎng)基:NaHCO32.5g/L, NH4Cl 0.25g/L, KCl 0.1g/L, NaCl 0.1g/L, MgSO4·7H2O 0.05g/L, MgCl2·6H2O 0.2g/L, KH2PO40.04g/L, Yeast Extract 1g/L.還原實驗中添加一定量的乳酸鈉作為電子供體支持U(VI)還原.

主要試劑:基準U3O8(分析純),標準鈾溶液采用GBW04201方法配制;蒽醌-2-磺酸鈉(AQS),分析純,購自Sigma公司;其他試劑均為分析純,實驗用水為超純水.

1.2 菌株的厭氧培養(yǎng)

試驗裝置如圖1所示.丁基橡膠塞密封瓶口,將高純氮氣和二氧化碳的混合氣經(jīng)過細菌過濾器(0.2μm)充入到裝有培養(yǎng)液的實驗瓶中,充氣時間≥15min.充氣完畢,密封所有橡膠管,使瓶口剩余的空間充滿混合氣體.置于生化培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)(30℃).每次取樣后重新通入氣體,以保持瓶內(nèi)厭氧環(huán)境.

圖1 厭氧培養(yǎng)裝置Fig.1 Anaerobic culture device

1.3 奧奈達希瓦氏菌還原U(VI)實驗

在滅菌的培養(yǎng)基中加入經(jīng)過濾滅菌器滅菌的10mmol/L乳酸鈉和1mmol/L AQS制成培養(yǎng)液.在150mL錐形瓶中加入培養(yǎng)液,用NaOH和HCl調(diào)節(jié)pH值至7.0,定容至100mL.收集對數(shù)期菌種,控制菌懸液OD600≈0.76,接種定量菌液于還原培養(yǎng)基中,按1.2節(jié)操作靜置培養(yǎng),定時取樣分析.重復(fù)上述步驟,分別考察奧奈達希瓦氏菌與AQS體系中鈾初始濃度、菌體投加量、AQS濃度和電子供體等對奧奈達希瓦氏菌還原U(VI)的影響.

實驗條件設(shè)為U(VI)初始濃度20mg/L,乳酸鈉10mmol/L,AQS 1mmol/L,菌體投加量2mL,控制恒定變量,變換單一因素.將溶液中U(VI)的初始濃度設(shè)為10,20,30,50mg/L;菌體投加量設(shè)置為0.5,1.0,2.0,5.0mL(以菌懸液體積計數(shù));AQS用量為0,0.5,1.0,2.0,5.0mmol/L;電子供體影響,分別采用10mmol/L甲酸鈉、乙酸鈉、乳酸鈉,無外加電子供體為空白.每組實驗不同條件值均使用同一批微生物同時進行實驗,確保比較的可靠性.

近期研究表明, Shewanella decolorationis S12, Shewanella strain J18和Shewanella sp. NTOU-1對人工合成染料的最適降解脫色pH均在6.0～8.0[16-17].研究發(fā)現(xiàn)pH值在7.0,奧奈達希瓦氏菌對U(VI)還原效率較高.因此本實驗初始pH值控制在7.0.

1.4 有毒物質(zhì)對U(VI)還原影響試驗

菌種培養(yǎng)過程如1.3,然后在培養(yǎng)液中分別加入Cu2+、Mn2+和Ca2+,并添加一定量的AQS和乳酸鈉進行還原實驗,以不添加金屬離子作對照進行還原U(VI)試驗.

分別以10mmol/L的甲苯、三氯乙酸、順丁烯二酸作為電子供體,無外加電子供體作為對照,進行還原U(VI)試驗.

1.5 菌體還原U(VI)前后形態(tài)分析

SEM-EDS表征:真空冷凍干燥機充分干燥還原 U(VI)前后菌體,噴金制備成電鏡樣品,置于FEI Quanta-200型環(huán)境掃描電子顯微鏡(美國)下室溫掃描,觀察樣品形貌,并用Genesis型能譜儀(美國)分析樣品表面元素.

1.6 分析方法

樣液預(yù)處理:在厭氧條件下采用注射器連接無菌皮頭針從取樣管抽取適量菌體樣液,經(jīng)過8000g/min離心10min,取其上清液用細菌過濾器過濾.

U(VI)的測定:采用國家標準(GB6768?86)分光光度法測定鈾.按公式(1)計算U(VI)的還原率:

式中: A0、A1分別為作用前和作用后溶液中U(VI)的濃度.

所有實驗組均設(shè)置3個平行實驗,取其數(shù)據(jù)的平均值作為實驗結(jié)果.

2 結(jié)果與分析

2.1 U(VI)初始濃度對MR-1還原U(VI)的影響

試驗考察不同U(VI)初始濃度對奧奈達希瓦氏菌還原U(VI)的影響.在乳酸鈉濃度10mmol/L,AQS濃度為1mmol/L,溫度為30℃, U(VI)初始濃度分別為10,20,30,50mg/L條件下,考察了U(VI)初始濃度對奧奈達希瓦氏菌還原U(VI)的影響.

圖2 U(VI)初始濃度對U(VI)還原的影響Fig.2 Effect of initial U(VI) concentration on U(VI) reduction by MR-1

由圖2可見,在初始厭氧條件時,菌體OD600< 0.05無明顯生長,這可能是AQS參與反應(yīng)及菌體對缺氧體系的適應(yīng).前48h內(nèi)細菌處于調(diào)整期,還原率較低,隨時間延長菌體量增多,表現(xiàn)出較好還原效果.當U(VI)濃度為20mg/L時,菌株有較高還原率;當U(VI)濃度為30mg/L時,第4d U(VI)還原率已接近95%.當U(VI)初始濃度為50mg/L時,菌體仍有較好的還原效果,可見菌體對高濃度U(VI)有較強的適應(yīng)能力.而U(VI)初始濃度為10mg/L時,48h內(nèi)菌體的還原率變化不明顯,之后還原率逐漸升高,推測是培養(yǎng)基中微量的HPO-24與U(VI)結(jié)合形成的磷酸鈾酰分子被醌類物質(zhì)還原.

可見,當U(VI)的初始濃度為30mg/L時,有利于奧奈達希瓦氏菌菌株生長和U(VI)還原的進行,以下實驗均在此初始濃度條件下進行.

2.2 菌體MR-1投加量對其還原U(VI)的影響

其他試驗條件不變,U(VI)濃度為30mg/L,控制菌懸液濃度約6×108個/mL,菌體投加量分別為0.5,1,2,5mL,考察菌體投加量對其U(VI)還原的影響,試驗結(jié)果如圖3所示.

由圖3可知,U(VI)還原率前5d內(nèi)逐漸增大,隨后達到穩(wěn)定狀態(tài).在投加量小于2mL前,菌體對厭氧環(huán)境逐步適應(yīng),其對U(VI)還原率持續(xù)升高;當投加量為2mL時,U(VI)還原率達到最高并趨于穩(wěn)定;當菌體投加量達到5mL時,由于菌體量較多,最初的3d還原效果較好,但隨后U(VI)還原率無顯著變化.分析認為是投加量增加,初始菌體還原率較高,但適應(yīng)環(huán)境后菌體總量的增多,使得其對營養(yǎng)物質(zhì)的競爭作用加劇,甚至出現(xiàn)部分菌體的衰亡,以致U(VI)還原率在后期較早趨于穩(wěn)定.

圖3 菌體投加量對U(VI)還原的影響Fig.3 Effect of bacteria volume on U(VI) reduction by MR-1

2.3 AQS濃度對MR-1還原U(VI)的影響

以腐殖質(zhì)模式物AQS進行研究,其作用機制是通過氧化態(tài)的羰基結(jié)構(gòu)與還原態(tài)的羥醌形式循環(huán)轉(zhuǎn)化參與電子傳遞.在電子供體為乳酸鈉,U(VI)濃度為30mg/L條件下,將奧奈達菌按2%接種量分別接種于AQS起始濃度分別為0.5,1,2,5mmol/L的培養(yǎng)基中,考察AQS用量對菌體還原U(VI)的影響.結(jié)果如圖4所示.

圖4 AQS濃度對U(VI)還原的影響Fig.4 Effect of AQS concentration on U(VI) reduction by MR-1

從圖4可知,在菌體還原U(VI)的過程中,與空白(不添加AQS)試驗對比,在第6d,投加0.5mmol/L的實驗組其U(VI)還原率提高了5.3倍,表明AQS明顯促進了U(VI)的還原.不加AQS的培養(yǎng)體系中,菌體表現(xiàn)出一定的還原作用,可能是培養(yǎng)基中含有乳酸鈉和微量的酵母抽取物,為菌體生長和厭氧還原提供了部分還原能力.AQS在濃度低于2mmol/L時有明顯促進作用, 但當AQS濃度大于2mmol/L時,對細菌還原U(VI)的促進作用減小.這與許志誠等[18]對希瓦氏菌還原偶氮染料的研究結(jié)果基本一致.當AQS濃度為0.5mmol/L,U(VI)濃度從30mg/L降到0.41mg/L, U(VI)還原率達到98%以上,溶液中產(chǎn)生了還原態(tài)的AH2QS.當AQS濃度為5mmol/L時,溶液顏色明顯加深,而還原率降至59.9%.表明隨AQS濃度的增加促進效果逐漸減弱.

試驗發(fā)現(xiàn),腐殖質(zhì)類物質(zhì)AQS在一定濃度范圍內(nèi)有促進作用,在此范圍以外其促進作用減弱.王秀娟[19]在對腐殖質(zhì)類物質(zhì)2-羥基-1,4-萘醌(LQ)對Se、Te的介導(dǎo)還原研究中,將LQ初始濃度從0.1,0.2,0.4提高到0.6mmol/L時,其對Se (IV)和Te(IV)的還原促進效果并沒有進一步提高.隨著AQS濃度的提高而其加速效果弱化可能是由于電子供體的限制.另外,多數(shù)醌類物質(zhì)為人工合成的且對生物細胞有一定的毒性[20-21],奧奈達希瓦氏菌對醌類物質(zhì)耐受力有限,當超過一定濃度閾值時(2mmol/L),醌類物質(zhì)與U(VI)存在電子競爭,影響電子傳遞從而導(dǎo)致還原率降低.

2.4 電子供體對MR-1還原U(VI)的影響

試驗分別以10mmol/L的甲酸鈉、乙酸鈉和乳酸鈉作為奧奈達希瓦氏菌厭氧還原的電子供體,分別考察了外加電子供體和不加的條件下,電子供體對奧奈達希瓦氏菌還原U(VI)的影響.試驗結(jié)果如圖5所示.

在不外加電子供體即反應(yīng)體系中電子供體不足的情況下,細菌對U(VI)仍有一定的還原作用,在穩(wěn)定之后能達到72%.投加電子供體后,奧奈達希瓦氏菌對U(VI)的還原率提高了20%,相比之下,添加甲酸鈉和乳酸鈉的體系在第4d達到93.25%和94.38%,這說明體系中電子供體的存在可促進奧奈達希瓦氏菌對U(VI)的還原.

圖5 電子供體對U(VI)還原的影響Fig.5 Effect of electron donors on U(VI) reduction by MR-1

另一方面,外加不同的電子供體菌體對U(VI)的還原效果存在差異.其原因可能是因為甲酸鈉、乙酸鈉、乳酸鈉3種電子供體的氧化還原電勢不同,乳酸鈉、甲酸鈉的失電子能力相對較強,使得細菌利用效率更高.培養(yǎng)至第7d時,U(VI)的還原率為:乳酸鈉(95.65%)>甲酸鈉(95.37%)>乙酸鈉(92.41%).這與陳潔等[22]研究奧奈達希瓦氏菌還原Fe(III)還原特性得到的結(jié)果一致.

本實驗不外加電子供體時仍存在還原作用,可能是酵母提取物中含有部分有機酸,可以充當電子供體.但反應(yīng)體系中酵母抽提物添加量僅為1g/L,因此不能滿足細菌完全還原的需求.

2.5 金屬離子對MR-1還原U(VI)的影響

水體中其他共存離子的存在往往會對U(VI)的還原產(chǎn)生影響,試驗通過在還原體系中添加金屬離子考察其對菌體還原U(VI)的影響.保持其他條件不變,在微生物培養(yǎng)液中分別加入2mmol/L的Cu2+、Mn2+、Ca2+,各實驗組U(VI)還原率如圖6所示.

結(jié)果顯示,添加了Cu2+、Mn2+、Ca2+的實驗組,48h后U(VI)還原率分別為3.72%、31.78%、88.88%;而未添加金屬離子的對照組達到了82.40%.也就是說,添加的金屬離子有部分對U(VI)的去除有一定的抑制作用,且Cu2+的影響大于Mn2+;某些離子也有微弱的促進作用.湯潔等[23]研究了腸埃希氏菌-鐵屑協(xié)同還原去除水體中Cr(VI)的影響,發(fā)現(xiàn)在Cu2+、Mn2+存在條件下Cr(VI)還原率也受到一定程度的抑制.在奧奈達希瓦氏菌中,具有還原酶活性的蛋白質(zhì)主要位于細胞膜上[24],Cu2+的抑制作用則是與呼吸鏈始端脫氫酶的蛋白活性中心相結(jié)合,破壞了活性中心,從而使該蛋白失去氧化電子供體的能力[25].添加的重金屬離子對U(VI)的間接還原過程產(chǎn)生了不利影響.

圖6 金屬離子對U(VI)還原的影響Fig.6 Effect of metal ions on U(VI) reduction by MR-1

分析認為,Ca2+離子的促進作用可能是由于菌體對Ca2+有較好的耐受性,Ca2+的存在增強了與U(VI)還原相關(guān)的蛋白質(zhì)的活性,或者參與了反應(yīng)中還原酶或電子傳遞物質(zhì)的合成,從而促進了奧奈達希瓦氏菌直接還原U(VI)的酶促反應(yīng)過程.

2.6 環(huán)境有毒有機物質(zhì)對MR-1還原U(VI)的影響

以10mmol/L的甲苯、三氯乙酸、順丁烯二酸為電子供體,不添加有毒物質(zhì)的培養(yǎng)液作為對照,考察環(huán)境中有毒有機物質(zhì)對奧奈達希瓦氏菌還原U(VI)的影響.結(jié)果如圖7所示.

結(jié)果表明,3種有毒物質(zhì)作為電子供體時都能夠促進奧奈達希瓦氏菌對U(VI)的還原.與對照組相比,奧奈達希瓦氏菌可利用甲苯、三氯乙酸、順丁烯二酸進行厭氧腐殖質(zhì)呼吸,達到穩(wěn)定后還原率分別為97.20%、96.92%、97.91%,一定程度上促進了U(VI)的還原.AQS在厭氧還原中作為電子中間體,通過氧化、還原兩種形態(tài)的轉(zhuǎn)換,使得U(VI)還原率得到明顯的提升,而甲苯在此時由于失去電子被氧化成CO2[26],其他物質(zhì)也得到相應(yīng)的氧化態(tài).本課題組通過腐敗希瓦氏菌還原U(VI)的特性研究[27],發(fā)現(xiàn)有毒物質(zhì)的存在能夠顯著促進U(VI)的還原.這說明奧奈達希瓦氏菌能夠較好的利用環(huán)境有毒有機物,推測以后會有更多的有毒物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)可作為電子供體支持奧奈達希瓦氏菌還原U(VI).

圖7 有毒有機物對U(VI)還原的影響Fig.7 Effect of toxic organic compounds on U(VI) reduction by MR-1

3 奧奈達希瓦氏菌形態(tài)特征分析

3.1 MR-1還原U(VI)的掃描電鏡分析

圖8為奧奈達希瓦氏菌還原U(VI)前后掃描電鏡結(jié)果.

圖8 奧奈達希瓦氏菌還原U(VI) 前a后b掃描電子顯微鏡圖(×50000)Fig.8 SEM images of S. oneidensis before and after reduction (×50000)

由圖8a可見,奧奈達希瓦氏菌菌體表面紋路較清晰,相對比較光滑,可看出表面的褶皺和凸起;菌體呈橢圓狀或者長桿狀,有的細胞膜之間出現(xiàn)凹陷形成空洞,菌體相互粘連較少.圖8b可見,奧奈達希瓦氏菌還原U(VI)后表面形態(tài)發(fā)生了改變,菌體呈扁平狀、梭狀,表面出現(xiàn)棱角或者內(nèi)陷,無明顯空隙和空洞,呈現(xiàn)出較多的微小顆粒;細胞之間相互粘連甚至疊合,有部分可能死亡,表面沉積有很多鈾晶體,這表明菌體與U(VI)發(fā)生了作用.菌體細胞表面和周圍有很多晶質(zhì)晶體,這有可能是細胞產(chǎn)生某種物質(zhì)與U(VI)作用產(chǎn)生晶體結(jié)晶[28].奧奈達希瓦氏菌的細胞壁由碳水化合物、周質(zhì)蛋白等組成,這些生物物質(zhì)可提供大量的有機基團,作為配體和有空軌道的U(VI)相互鍵合,通過復(fù)雜生化反應(yīng)改變了菌體表面形態(tài).

3.2 MR-1還原U(VI)的電子能譜分析

圖9 菌體與鈾酰離子作用前后能譜分析Fig.9 EDS results of S. oneidensis cells before and after interaction with uranyl ion

能譜分析結(jié)果(圖9b)表明,還原后奧奈達希瓦氏菌菌體出現(xiàn)鈾的吸收峰,結(jié)合能為3～3.5keV,其含量占細胞質(zhì)量分數(shù)的59.11%,原子分數(shù)的17.72%.C、O含量高,這與樣液和菌體本身含有大量C、O相符;P、K元素的含量有所降低,這說明奧奈達希瓦氏菌細胞在還原的過程中,K+、PO43+有所參與.還原后含有很強的鈾峰,表明菌體對鈾具有很強的還原能力;細胞還原前后Au元素的出現(xiàn),是能譜分析的過程中,樣品經(jīng)過噴金處理所致.

4 結(jié)論

4.1 厭氧條件下,奧奈達希瓦氏菌能夠利用AQS進行腐殖質(zhì)呼吸高效還原U(VI).當AQS濃度低于0.5mmol/L,能顯著促進菌體對U(VI)的還原.AQS濃度為0.5mmol/L, U(VI)還原率達到98.61%.

4.2 奧奈達希瓦氏菌能夠利用甲酸鈉、乙酸鈉、乳酸鈉等作為電子供體,以AQS作為電子穿梭載體,高效還原U(VI).沒有加電子供體時,奧奈達希瓦氏菌能部分還原U(VI).分別以10mmol/L的3種物質(zhì)作為電子供體時,U(VI)的還原效率為:乳酸鈉>甲酸鈉>乙酸鈉.

4.3 Cu2+、Mn2+等重金屬以及甲苯、三氯乙酸等有毒有機物質(zhì)對奧奈達希瓦氏菌還原U(VI)的影響不同.2mmol/L的Cu2+和Mn2+對U(VI)的還原有較強抑制作用,甲苯、三氯乙酸和順丁烯二酸等能夠作為電子供體支持U(VI)還原.菌體在高效還原U(VI)的同時,能夠降解有毒物質(zhì),減少并消除其對環(huán)境的危害.

4.4 能譜分析表明,奧奈達希瓦氏菌本身能夠和U(VI)發(fā)生作用,對U(VI)具有較強的還原能力.

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Characteristics of reducing U(VI) by Shewanella oneidensis MR-1and its impact factors.

WANG Yong-hua1, XIE Shui-bo1,2*, LIU Jin-xiang1, MA Hua-long1, LING Hui1, WU Yu-qi1(1.Hunan Province Key Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse Technology, University of South China, Hengyang 421001, China；2.Key Discipline Laboratory for National Defence for Biotechnology in Uranium Mining and Hydrometallurgy, University of South China, Hengyang 421001, China). China Environmental Science, 2014,34(11)：2942～2949

Characteristics and reaction conditions of anaerobic reduction by the Shewanella oneidensis MR-1in the presence of anthraquinone-2-sulfonate (AQS) were evaluated. The results showed that U(VI) could be efficiently reduced by S. oneidensis MR-1utilizing AQS and electron donors under the anaerobic conditions. Its reduction efficiency reached 95.09% when the dosage of MR-1was 1.2×109. The efficiency of U(VI) bioreduction increased when the concentration of AQS was below 0.5mmol/L, and inhibited when it exceeded 0.5mmol/L. When the initial concentration of U (VI) was 30mg/L, uranium reduction rates were 95.37%, 92.41% and 95.65% while using formate, acetate and lactate respectively. Metal ions (Cu2+, Mn2+, Ca2+) and toxic organics had impacts on the reduction of U (VI). Ca2+acted as a weak role in promoting the reduction, however, equal concentrations of Cu2+and Mn2+played a strong inhibitory effect. Toxic organic compounds were available to reduce U (VI) efficiently by S. oneidensis MR-1and get degraded at the same time. Characterizations with Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy dispersive spectroscopy (EDS) indicated the deposition of U element on the cell of S. oneidensis.

U(VI) reduction；Shewanella oneidensis；anthraquinone-2-sulfonate (AQS)；heavy metal

X172

A

1000-6923(2014)11-2942-08

王永華(1987-),男,河南濮陽人,南華大學(xué)碩士研究生,主要從事水處理理論與技術(shù)研究.

《中國環(huán)境科學(xué)》2011年度引證指標

《中國環(huán)境科學(xué)》編輯部

2014-02-06

國家自然科學(xué)基金項目(11175081,11475080);湖南省自然科學(xué)基金項目(13JJ3078);湖南省高校創(chuàng)新平臺開放基金項目(13K085,13K086);湖南省教育廳基金項目(11C1087)

* 責(zé)任作者, 教授, xiesbmr@263.net

根據(jù)《2012年版中國科技期刊引證報告(核心版)》,《中國環(huán)境科學(xué)》2011年度引證指標繼續(xù)位居環(huán)境科學(xué)技術(shù)、安全科學(xué)技術(shù)類科技期刊前列,核心影響因子1.523,學(xué)科排名第1,綜合評價總分79.2,學(xué)科排名第2;在被統(tǒng)計的1998種核心期刊中影響因子列第18位,綜合評價總分列第52位.《中國科技期刊引證報告》每年由中國科學(xué)技術(shù)信息研究所編制,統(tǒng)計結(jié)果被科技管理部門和學(xué)術(shù)界廣泛采用.