馬佳林，聶小琴*，董發(fā)勤，代群威，張 東，楊 杰，周 嫻，黃 榮，龔俊源，龔運(yùn)軍（.西南科

技大學(xué)，核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽 621010；2.中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所，四川 綿陽 621900）

三種微生物對(duì)鈾的吸附行為研究

馬佳林1，聶小琴1*，董發(fā)勤1，代群威1，張 東2，楊 杰1，周 嫻1，黃 榮1，龔俊源1，龔運(yùn)軍1（1.西南科

技大學(xué)，核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽 621010；2.中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所，四川 綿陽 621900）

開展了酵母菌（真菌）、枯草芽孢桿菌（細(xì)菌）、小球藻（藻類）對(duì)水體中鈾（Ⅵ）的吸附性能及機(jī)理研究.結(jié)果表明：3種微生物對(duì)鈾都具有較好的吸附效果.酵母菌，小球藻，枯草芽孢桿菌對(duì)鈾的最佳吸附率分別為97.19%、97.13%、98.03%；且最大吸附量分別達(dá)到341.2、356.5、512.5mgU/g（DW）.3種微生物對(duì)鈾的吸附過程和機(jī)理有所不同，酵母菌和小球藻符合Langmuir模型，枯草芽孢桿菌更適合Freundlich模型，吸附至12h，酵母菌表面逐漸出現(xiàn)鈾和磷的片狀結(jié)晶及含鈾沉積物堆積，小球藻和枯草芽孢桿菌與鈾（50mgU/L）作用后細(xì)胞出現(xiàn)明顯變形，菌體表面未出現(xiàn)鈾的結(jié)晶物.

鈾；微生物；吸附；機(jī)理

隨著核工業(yè)的不斷發(fā)展以及核設(shè)施的退役，由此產(chǎn)生的含鈾放射性廢水種類和數(shù)量越來越多，通過地表徑流和地下遷移、滲透而進(jìn)入土壤和水體的鈾污染問題對(duì)人類健康和自然環(huán)境造成潛在的威脅［1-3］.近20 年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)鈾污染環(huán)境的原位生物修復(fù)開展了大量的研究工作［4-9］.有研究表明在放射性廢物庫附近的土壤和地下水中，通過微生物菌毛原位傳遞電子獲取提供生存能量并促進(jìn)可溶性U（Ⅵ）原位還原成溶解性小的U（Ⅳ），或者通過還原酶的分泌及胞外代謝產(chǎn)物進(jìn)行鈾的沉淀和礦化等作用可以有效的阻滯或延緩鈾的遷移［6-9］.關(guān)于微生物原位修復(fù)鈾污染環(huán)境，研究對(duì)象主要包括細(xì)菌、真菌、藻類等三大類［1-2，12］，不同種類微生物對(duì)鈾存在著不同的吸附性能和作用機(jī)制，主要表現(xiàn)為離子交換，絡(luò)合沉淀，胞內(nèi)賦存，生物礦化，氧化還原等等［10-16］.微生物與鈾的相互作用受介質(zhì)成分、環(huán)境條件、細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝過程等多種因素的影響，表現(xiàn)出的作用方式也不盡相同.

因此，本研究選取酵母菌、小球藻、枯草芽孢桿菌為幾類微生物的典型代表為研究對(duì)象，在相同條件下，比較分析不同種類微生物對(duì)鈾的吸附性能及機(jī)理，旨在為生物修復(fù)鈾污染環(huán)境的研究提供參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 菌株及試劑 酵母菌為市售安琪面包酵母；小球藻和枯草芽孢桿菌由西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心提供.

鈾溶液的配置：準(zhǔn)確稱取2.1092g的硝酸鈾酰［UO2（NO3）2·6H2O］，少量水溶解后，加入10mL硝酸，移入1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，即為鈾濃度為1g/L的鈾溶液.通過去離子水稀釋得到其他濃度的鈾溶液，采用0.1mol/L HNO3、10g/L Na2CO3和5g/L NaHCO3的緩沖液調(diào)節(jié)溶液pH值.

1.1.2 主要試驗(yàn)儀器 紫外可見分光光度計(jì)（UV-1600，上海美譜達(dá)儀器有限公司）；離心機(jī)（LD5-2B，北京雷勃爾離心機(jī)有限公司）；場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（Ultra55，德國(guó)蔡司儀器公司）；能譜儀（Oxford IE450，英國(guó)Oxford公司）.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 菌體制備 將活化后的菌體種子液接入到液體培養(yǎng)基中，于35℃，150r/min恒溫振蕩培養(yǎng)箱中振蕩培養(yǎng)48h.培養(yǎng)后以4000r/min離心10min.取沉淀的菌體，用0.9%的生理鹽水稀釋為所需菌懸液（吸光度值OD600=0.5）.

1.3.2 吸附實(shí)驗(yàn) 準(zhǔn)確移取20mL一定濃度的鈾溶液于50mL錐形瓶中，取20mL預(yù)培養(yǎng)好的菌懸液離心（4000r/min）10min，將離心后的濕菌體（干重2.5～5.0mg）分別加入上述50mL錐形瓶中，置于空氣恒溫?fù)u床內(nèi)進(jìn)行恒溫振蕩吸附0.5～72h，離心后取5mL上清液，測(cè)溶液中殘余鈾濃度，每組設(shè)置3個(gè)平行樣，以鈾溶液作為對(duì)照.

1.4 分析測(cè)試

1.4.1 鈾的分析 水樣中鈾含量的檢測(cè)按照偶氮胂Ⅲ分光光度法［2］進(jìn)行.

1.4.2 SEM-EDS分析 供試微生物與50mgU/L鈾溶液作用一定時(shí)間（0～72h）后，離心，經(jīng)去離子水清洗、離心、制備成菌懸液，在蓋玻片上點(diǎn)樣，自然干燥，加入2.5%戊二醛固定10h，去掉戊二醛溶液，依次用30%、50%、70%、90%、100%乙醇溶液逐級(jí)脫水（每次脫水20min），最后自然晾干，備用.樣品經(jīng)過噴金處理后進(jìn)行樣品形貌觀察和微區(qū)元素分布分析.

1.5 數(shù)據(jù)處理

式中：R為吸附率，%；C0為初始鈾濃度， mgU/L；Ct為t時(shí)刻的鈾濃度， mgU/L；q為吸附量， mgU/g（DW）；V為溶液初始體積，L；m為微生物的干重，g.

2 結(jié)果與分析

2.1 溶液初始pH值對(duì)微生物吸附鈾的影響

溶液pH值通過改變微生物表面電位電荷分布、結(jié)合位點(diǎn)以及溶液中鈾酰離子的絡(luò)合形態(tài)，從而影響微生物對(duì)溶液中鈾的吸附行為［1］.在強(qiáng)酸性溶液中，鈾主要以形式存在，當(dāng)pH＞4時(shí)逐漸水解，溶液中出現(xiàn)一定量的UO2OH+絡(luò)合陽離子.當(dāng)pH值接近6時(shí)，溶液中則主要以等絡(luò)陰離子形式存在［1］.

由圖1可以看出，當(dāng)pH值在1.0～6.0時(shí)，隨著溶液pH值不斷升高，酵母菌和小球藻對(duì)鈾的吸附量逐漸增加，在pH=6.0時(shí)吸附量分別240.7mgU/g（DW）、206.9mgU/g（DW）；枯草芽孢桿菌在pH=5.0時(shí)吸附量為107.6mgU/g（DW）.結(jié)合后面的掃描電鏡結(jié)果可以推斷，在初始濃度為100mgU/L 的條件下，枯草芽孢桿菌細(xì)胞受到嚴(yán)重?fù)p傷，在作用24h時(shí)細(xì)胞處于死亡狀態(tài)，因此枯草芽孢桿菌與鈾的作用過程可以看作是生物吸附劑對(duì)鈾的吸附.生物吸附劑對(duì)溶液中離子吸附的最佳pH值通常是由吸附劑表面的等電點(diǎn)（pK=3～5）決定［1］，當(dāng)溶液pH值超過等電點(diǎn)的pH值時(shí)，鈾酰絡(luò)陰離子與吸附劑表面的負(fù)電荷產(chǎn)生靜電斥力，在本研究中表現(xiàn)為枯草芽孢桿菌在pH=6時(shí)吸附能力下降（圖1）.有研究表明，酵母菌［4］和小球藻［1］細(xì)胞在大于100mgU/L的條件下仍能很好地存活.推斷該類吸附行為是以依賴代謝的生物吸附為主的過程，在越適宜生存的pH值條件下，對(duì)溶液中的鈾酰離子吸附作用越有利.本研究結(jié)合微生物的生長(zhǎng)條件及含鈾廢水的實(shí)際情況，主要考察微生物在弱酸性環(huán)境下的最佳吸附條件，故未設(shè)置pH＞6的條件開展實(shí)驗(yàn).本文選擇pH=5開展后續(xù)實(shí)驗(yàn).

圖1 溶液pH值對(duì)3種微生物吸附鈾的影響Fig.1 Effect of pH on on biosorption uranium by three kinds of microbes

2.2 初始鈾濃度對(duì)微生物吸附鈾的影響

由圖2可以看出，在初始鈾濃度為10mgU/L時(shí)，3種微生物對(duì)鈾均有較好地吸附效果，吸附率在60%～80%之間.與高濃度鈾溶液相比，相同接菌量的微生物在低濃度的鈾溶液中，吸附位點(diǎn)相對(duì)充足能與微生物細(xì)胞表面充分接觸，吸附率較高，當(dāng)C0=50mgU/L時(shí)，酵母菌表現(xiàn)最佳吸附能力，吸附率達(dá)93.0%，小球藻、枯草芽孢桿菌均在10mgU/L時(shí)取得最大吸附率，分別為：77.8%、66.1%.隨著溶液中初始鈾濃度的增加，3種微生物對(duì)鈾的吸附率整體下降，吸附量逐漸增高，當(dāng)C0≥200mgU/L 后，酵母菌、小球藻吸附量趨于平衡，有研究表明［4-5］細(xì)胞壁上的吸附位點(diǎn)是有限的，當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，吸附位點(diǎn)達(dá)到飽和，此時(shí)鈾的初始濃度再提高，吸附量基本接近穩(wěn)定；3種微生物均在本實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的最高鈾濃度時(shí)獲得最大吸附量，酵母菌最高，達(dá)325.5mgU/ g（DW），小球藻和枯草芽孢桿菌分別為294.9和215.0mgU/g（DW）.從對(duì)鈾的吸附率和吸附量來看，總體表現(xiàn)為：酵母菌＞小球藻＞枯草芽孢桿菌.

圖2 初始鈾濃度對(duì)3種微生物吸附鈾的影響Fig.2 Effect of initial uranium concentration on biosorption uranium by three kinds of microbes

2.3 接觸時(shí)間對(duì)微生物吸附鈾的影響

由圖3可知，吸附的初始階段（5min～12h）吸附速率很快，吸附位點(diǎn)充足，在1h時(shí)，酵母菌、小球藻和枯草芽孢桿菌對(duì)鈾的吸附率分別為50.4%、51.7%和79.5%.隨著吸附的進(jìn)行，吸附速率減緩，有效吸附位點(diǎn)逐漸減少；24h之后，枯草芽孢桿菌對(duì)鈾的吸附達(dá)到穩(wěn)定，而酵母菌和小球藻經(jīng)歷過一段平衡時(shí)期（12～48h）之后，吸附率進(jìn)一步升高.在72h時(shí)，酵母菌、小球藻和枯草芽孢桿菌對(duì)鈾的吸附率分別為：75.3%、74.6%和94.7%.關(guān)于微生物對(duì)鈾的吸附過程［5-10］，可以歸納為：初始階段起主導(dǎo)作用的快速、可逆且無需能量的被動(dòng)吸附，將鈾酰離子吸附到微生物表面；第二階段起主導(dǎo)作用的主動(dòng)吸附，將細(xì)胞表面吸附的鈾酰離子沉淀礦化或者轉(zhuǎn)移至細(xì)胞內(nèi)部，緩慢、不可逆，此階段需要能量并且與細(xì)胞的代謝有關(guān).死體微生物對(duì)鈾的吸附通常僅表現(xiàn)為第一階段，而活體微生物對(duì)鈾的吸附還有第二階段的進(jìn)行.

圖3 接觸時(shí)間對(duì)3種微生物吸附鈾的影響Fig.3 Effect of time on biosorption uranium by three kinds of microbes

本研究表明，枯草芽孢桿菌對(duì)鈾的吸附過程以被動(dòng)吸附為主，同時(shí)又異于一般死體微生物，因?yàn)樵阝櫲芤旱拿{迫下，枯草芽孢桿菌體內(nèi)過氧化程度加重，壁膜破壞，將分泌和釋放大量的代謝或者胞外產(chǎn)物，這些產(chǎn)物與菌體表面的活性位點(diǎn)一并與溶液中的鈾酰離子發(fā)生絡(luò)合、離子交換或者沉淀礦化等作用，部分鈾酰離子也可能直接快速地穿透細(xì)胞壁膜進(jìn)入到體內(nèi).而酵母菌和小球藻則表現(xiàn)為活體微生物對(duì)鈾的吸附過程，通過菌毛［6］和表面活性官能團(tuán)［7-8］將溶液中的鈾酰離子優(yōu)先聚集在細(xì)胞表面，隨著吸附的進(jìn)行，可能在細(xì)胞表面發(fā)生電子轉(zhuǎn)移引起氧化還原反應(yīng)，將部分U（Ⅵ）還原為U（Ⅳ）［10-11］，離子交換［12］，絡(luò)合沉淀［13］，結(jié)晶礦化［14-15］，胞內(nèi)沉積［16］等生物物理化學(xué)多種作用.

2.4 接菌量對(duì)微生物吸附鈾的影響

由圖4可知，隨著接菌量的增加，3種微生物對(duì)鈾的吸附率也逐漸上升，當(dāng)接菌量達(dá)0.4g/L時(shí)，吸附率均達(dá)90%以上.在最小接種量時(shí)，枯草芽孢桿菌表現(xiàn)出最大的吸附率，吸附量超過500mgU/g（DW）.隨著接菌量繼續(xù)增大，吸附率有較小幅度的上升，吸附量逐漸降低.分析其原因可能是隨著吸附的進(jìn)行，溶液中鈾濃度不斷下降，溶液中游離的鈾酰離子減少，鈾結(jié)合到吸附微生物表面的幾率減小，大量的微生物在溶液中共存造成一定的空間位阻效應(yīng).在本實(shí)驗(yàn)中，酵母菌、小球藻、枯草芽孢桿菌的最大吸附率分別為：97.19%、97.13%、98.03%.

圖4 接菌量對(duì)吸附鈾的影響Fig.4 Effect of weight on biosorption uranium by three kinds of microbes

2.5 吸附等溫模線

表1 等溫吸附的相關(guān)參數(shù)Table 1 The related parameters of adsorption isotherm

Langmuir 吸附等溫線假設(shè)吸附劑對(duì)金屬離子的吸附為均一的單分子層吸附，且被吸附的離子間無相互作用.Freundlich 吸附等溫線假設(shè)吸附劑對(duì)金屬離子的吸附為非均一的多分子層吸附，被吸附的離子的量隨著溶液濃度的增加而增大.本文采用Langmuir和Freundlich兩種吸附等溫模型來對(duì)3種微生物在不同U（Ⅵ）濃度下的等溫吸附過程進(jìn)行擬合，相關(guān)參數(shù)見表1.

由擬合結(jié)果可知，Langmuir模型能較好地描述酵母菌和小球藻對(duì)鈾的吸附過程，R2分別為0.988和0.991，擬合所得的酵母菌和小球藻最大吸附量分別為344.8mgU/g（DW）和355.9mgU/g（DW），與實(shí)驗(yàn)所得的最大吸附量（341.2mgU/g（DW）和356.5mgU/g（DW））吻合較好，表明酵母菌和小球藻對(duì)鈾的吸附過程表現(xiàn)為單層吸附.枯草芽孢桿菌對(duì)鈾的吸附過程更適合Freundlich模型，R2=0.961，該吸附過程并不完全是單層分子的表面吸附，1/n=0.23小于0.5，吸附容易自發(fā)進(jìn)行.

2.6 SEM-EDS結(jié)果與分析

圖5 酵母菌與鈾作用不同時(shí)間后的掃描電鏡Fig.5 SEM images of yeast at different times in the adsorption process

酵母菌與50mgU/L作用不同時(shí)間（0.5～72h）后的掃描電鏡結(jié)果如圖5所示.未進(jìn)行吸附的菌體（圖5a）多數(shù)表面光滑、形態(tài)完好；0.5h后（圖5b），形態(tài)基本完好，表面未見異常. 12h后（圖5c）菌體有輕微塌陷，在菌體表面出現(xiàn)明顯的片狀沉積物堆積，JIANG等［14-15］研究表明，微生物在對(duì)核素進(jìn)行短期吸附后，細(xì)胞壁上金屬離子的結(jié)合位點(diǎn)可能會(huì)成為晶體的成核點(diǎn).24h后，菌體出現(xiàn)一定的塌陷和扭曲形變，在菌體表面能觀察到明顯的鈾結(jié)晶體出芽（圖5d），該形貌與Toshihiko等［13］報(bào)道的關(guān)于鈾磷無機(jī)納米礦化體在酵母菌表面沉積圖片有高度的相似性，EDS分析結(jié)果可以很好地支撐這一推斷.

同時(shí)在菌體附近同樣出現(xiàn)團(tuán)狀結(jié)晶（圖5e），分析團(tuán)狀沉積物堆簇出現(xiàn)的原因，可能是由于在制樣過程中，先經(jīng)過去離子水反復(fù)清洗并離心，作用力強(qiáng)度過大，導(dǎo)致部分在菌體表面的沉淀物與菌體表面分離，并在離心力下粘附在菌體表面或脫離菌體束縛的聚集成一團(tuán)；因?yàn)殁檶?duì)酵母細(xì)胞的脅迫作用，導(dǎo)致壁膜受損，引起磷脂分解或ATP水解導(dǎo)致無機(jī)磷釋放到溶液中，從而引起溶液中的鈾酰離子與無機(jī)磷結(jié)合沉淀.

酵母菌吸附鈾前后能譜分析結(jié)果如圖6所示.吸附后菌體表面出現(xiàn)了U的吸收峰，結(jié)合能為2.0～4.0KeV；Na，Mg，Ca元素的含量明顯下降，但P元素的含量明顯增加.由此表明，酵母菌對(duì)溶液中鈾酰離子吸附過程中，細(xì)胞中的P參與了與鈾酰離子的相互作用， JIANG等［15］認(rèn)為細(xì)胞表面含磷部位在鈾沉淀過程中起重要作用，既是絡(luò)合官能團(tuán)的載體，又作為底物來誘導(dǎo)磷酸鹽的結(jié)晶.由此推斷，酵母菌表面的結(jié)晶物主要來源于菌體本身釋放的磷在細(xì)胞表面上與鈾的成礦作用；吸附前細(xì)胞元素含量表中有較多的Si元素，而吸附后幾近沒有，可能是待測(cè)樣品在蓋玻片上，吸附前的樣品較為稀薄、分散，X-射線穿過細(xì)胞縫隙打到玻璃片上，而出現(xiàn)的Si吸收峰.

研究結(jié)果表明，隨著吸附的進(jìn)行，酵母菌表面逐漸開始出現(xiàn)鈾-磷片狀結(jié)晶、菌體附近有含鈾的團(tuán)狀沉積物堆積，菌體之間發(fā)生粘連，菌體表面出現(xiàn)凹陷、皺縮，接觸時(shí)間越長(zhǎng)，細(xì)胞受到的破壞越嚴(yán)重.

枯草芽孢桿菌的SEM結(jié)果如圖7所示，未進(jìn)行吸附的菌體表面光滑、形態(tài)完好（圖7a）；在吸附30min后，菌體的形態(tài)發(fā)生很大變化，呈短節(jié)狀，隨著吸附的進(jìn)行，在24h時(shí)，菌體形態(tài)的破壞程度加重，未見修復(fù)的跡象，推測(cè)菌體基本死亡，在一些菌體表面可以見到一些片狀沉積物堆積.能譜分析與細(xì)胞成分接近，C、O含量占70%以上，不含鈾，疑為菌體分泌物（結(jié)果未在本文中給出）.在72h時(shí)，只觀察到殘缺斷裂的菌體，未見酵母菌吸附后出現(xiàn)的鈾片狀結(jié)晶或沉積物.

圖6 酵母菌吸附前后能譜圖Fig.6 EDS results of before and after interaction of yeast and uranium.

小球藻的掃描電鏡（圖7e）和能譜分析結(jié)果表現(xiàn)為在吸附后期細(xì)胞出現(xiàn)明顯塌陷，表面出現(xiàn)褶皺，并且出現(xiàn)粘連，整體形貌也發(fā)生了嚴(yán)重變化，未觀察到鈾的結(jié)晶物出現(xiàn).菌體形態(tài)的變化可能由于鈾進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)菌體的毒害作用增強(qiáng)，使細(xì)胞質(zhì)生物大分子遭破壞，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生空殼結(jié)構(gòu)，而導(dǎo)致脫水時(shí)細(xì)胞壁內(nèi)陷.

圖8 枯草芽孢桿菌、小球藻與鈾作用不同時(shí)間后的SEM圖Fig.8 SEM images of bacillus subtilis and chlorella at different times in the adsorption process

研究結(jié)果表明，3種微生物與鈾作用的機(jī)制不同.鈾結(jié)合到細(xì)胞表面后，酵母菌以無機(jī)微沉淀和生物礦化為主，嚴(yán)重受損的活性小球藻及死亡的枯草芽孢桿菌可能主要是通過與壁膜的活性位點(diǎn)絡(luò)合配位，以及進(jìn)入到胞內(nèi)賦存的方式，未見胞外沉淀和礦化產(chǎn)物，微生物與鈾作用過程和產(chǎn)物有多種方式，推測(cè)這可能與3種微生物的壁膜結(jié)構(gòu)［8］和代謝過程［7］有關(guān).

3 結(jié)論

3.1 3種微生物對(duì)水體中鈾（Ⅵ）都具有較好的吸附效果.在pH=5.0，初始鈾濃度為10～350mgU/ L，投加量在0.06～1.12mgU/L（DW），25℃下吸附24h，酵母菌，小球藻，枯草芽孢桿菌對(duì)鈾的最佳吸附率分別為97.19%、97.13%、98.03%；最大吸附量分別達(dá)到341.2、356.5、512.5mgU/g （DW）.

3.2 在等溫吸附模型中，Langmuir模型可較好地描述酵母菌和小球藻對(duì)鈾的吸附過程，相關(guān)系數(shù)分別為0.988、0.991，最大吸附量的理論值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，枯草芽孢桿菌對(duì)鈾的吸附過程更適合Freundlich模型，R2=0.961，表明酵母菌和小球藻對(duì)鈾的吸附屬于單分子層吸附，枯草芽孢桿菌為多層吸附.

3.3 SEM-EDS分析表明，3種微生物對(duì)鈾的吸附作用機(jī)理不同.隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，鈾會(huì)在酵母菌表面和周圍出現(xiàn)鈾和磷的納米片狀礦化體及沉積物，小球藻和枯草芽孢桿菌則未在表面或周圍產(chǎn)生鈾的納米結(jié)晶或沉淀；3種微生物與鈾作用后均會(huì)引起細(xì)胞形態(tài)的變化，而枯草芽孢桿菌的形態(tài)被破壞得最早最嚴(yán)重，表明枯草芽孢桿菌對(duì)鈾的耐受性最弱.

［1］Vogel M， Günther A， Rossberg A， et al. Biosorption of U （VI） by the green algae Chlorella vulgaris in dependence of pH value and cell activity ［J］. Science of the total environment， 2010，409（2）：384-395.

［2］Liu M X， Dong F Q， Yan X Y， et al. Biosorption of uranium by Saccharmyces cerevisiae and surface interactions under culture conditions ［J］. Bioresource Technolgy， 2010，101：8573-8580.

［3］馮穎思，宋 剛，祝秋萍，等.某鈾礦下游水系沉積物剖面的放射性核素分布特征 ［J］. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)， 2013，33（8）：1442-1446.

［4］彭國(guó)文，丁德馨，胡 南，等.納米Fe3O4負(fù)載啤酒酵母菌對(duì)鈾的吸附性能與機(jī)理 ［J］. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)， 2012，22（2）：604-610.

［5］LI J， ZHANG Y. Remediation technology for the uranium contaminated environment： a review ［J］. Procedia Environmental Sciences， 2012，13：1609-1615.

［6］Mukherjee A， Wheaton Gh， Blum Ph， et al. Uranium extremophily is an adaptive， rather than intrinsic， feature for extremely thermoacidophilic Metallosphaera species ［J］. PNAS，2012，109：16702-16707.

［7］Bargar J R， Williams Kh， Campbell K M， et al. Uranium redox transition pathways in acetate-amended sediments ［J］. PNAS 2013，110：4506-4511.

［8］Cologgi D L， Pastirk S L， Speers A M， et al. Extracellular reduction of uranium via Geobacter conductive pili as a protective cellular mechanism ［J］. PNAS， 2011，108：15248-15252.

［9］Rashmi V， Shylajanaciyr M， Rajalakshmi R， et al. Siderophore mediated uranium sequestration by marine cyanobacterium Synechococcus elongatus BDU 130911 ［J］. Bioresour Technol.，2013，130：204-210.

［10］Lovley D R. Bioremediation. Anaerobes to the rescue ［J］. Science，2001，293（5534）：1444-1446.

［11］Lovley D R， Phillips E J P， Gorby Y A et al. Microbial reduction of uranium ［J］. Nature， 1991，350（6317）：413-416.

［12］Toshihiko O， Takahiro Y， Takuo O， et al. Interactions of uranium with bacteria and kaolinite clay ［J］. Chemical Geology，2005，220（3/4）：237-243.

［13］Toshihiko O， Takuo Ozaki， Takahiro Y， et al. Mechanisms of uranium mineralization by the yeast Saccharomyces cerevisiae ［J］. Geochimica et Cosmochimica Acta， 2005，69（22）：5307-5316.

［14］Jiang M Y， Ohnuki T， Tanaka K， et al. Post-adsorption process of Yb phosphate nano-particle formation by Saccharomyces cerevisiae ［J］. Geochimica et Cosmochimica Acta， 2012，93：30-46.

［15］Jiang M Y， Ohnuki T， Kozai N， et al. Biological nanomineralization of Ce phosphate by Saccharomyces cerevisiae ［J］. Chemical Geology， 2010，277（1/2）：61-69.

［16］Toshihiko O， Naofumi K， Fuminori S， et al. Association of actinides with microorganisms and clay： Implications for radionuclide migration from waste-repository sites ［J］. Geomicrobiology Journal， 2010，27（3）：225-230.

The adsorption behavior on uranium by three kinds of microorganisms.

MA Jia-lin1， NIE Xiao-qin1*， DONG Fa-qin1，DAI Qun-wei1， ZHANG Dong2， YANG Jie1， ZHOU Xian1， HUANG Rong1， GONG Jun-yuan1， GONG Yun-Jun1（1.Fundamental Science on Nuclear Wastes and Environmental Safety Laboratory， Southwest University of Science and Technology， Mianyang 621010， China；2.Institute of Nuclear Physics and Chemistry， China Academy of Engineering Physics， Mianyang 621900， China）. China Environmental Science， 2015，35（3）：825～832

To compare the similarities and differences of adsorption properties and adsorption properties during interaction of microorganisms with uranium， we selected Bacillus subtilis （bacteria）， yeast （fungus）， chlorella （algae） as objects and studied the adsorption performance and a variety of microbial factors by using scanning electron microscopy （SEM） and energy dispersive spectrometer （EDS）. The results indicated that three types of microorganisms in water uranium has good effect on uranium adsorption. The best adsorption rate of uranium by yeast and chlorella and Bacillus subtilis were 97.19%、97.13% and 98.03%， respectively. And the maximum adsorption capacity of uranium by yeast and chlorella and Bacillus subtilis were 341.2、356.5、512.5mgU/g（DW） ， respectively. The adsorption process and mechanism for uranium adsorption by three kinds of microbe was different， yeast and chlorella in line with the Langmuir model， bacillus subtilis is more suitable for the Freundlich model. The results of Scanning electron microscope and energy spectrum indicated that the uranium is adsorbed onto the cell surface at the beginning with no precipitation or mineral. Then， the sheet and clumps of uranium- phosphorus crystallization were formed on the surface of yeast after 12hours.however， There were not found the similar crystals on the surface of chlorella and bacillus subtilis. Interaction of microorganisms with uranium will cause changes in cell morphology， especially for bacillus subtilis and chlorella.

uranium；sorption；microorganism；mechanism

X591

A

1000-6923（2015）03-0825-08

馬佳林（1993-），男，河南汝陽人，西南科技大學(xué)本科生，主要從事放射性污染生物修復(fù)方面的研究.

2014-07-05

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（50578020）；國(guó)家自然科學(xué)基金委-中國(guó)工程物理研究院聯(lián)合基金項(xiàng)目（11176028）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃，2014CB846003）；核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（12zxnp02）；西南科技大學(xué)創(chuàng)新基金項(xiàng)目（14ycx038）

* 責(zé)任作者， 講師， xiaoqin_nie@163.com