白腐真菌胞外聚合物的产生特性及其对重金属的作用机制

White rot fungi have broad prospects in the treatment of heavy metal wastewater. The defense mechanism of white rot fungi is based on the production of intracellular and extracellular substances which have the ability to chelate heavy metal, while the extracellular environment as the first place heavy metal detoxicification carried out is particularly important. Microbial extracellular polymeric substances (EPS) plays an important role in heavy metal removal process, but the understanding of the production characteristics of white rot fungal EPS is not comprehensive, and the investigation on the influence mechanism of EPS on heavy metal is insufficient. Therefore, in this project, based on systematically understanding of the physical and chemical properties of the white rot fungal EPS, the effect of EPS on heavy metal removal and heavy metal bioavailability will be investigated to reveal the influence mechanism of EPS on heavy metal, as well as the influence of the EPS characteristics on heavy metal removal and heavy metal bioavailability. The optimization of the effect of EPS on heavy metal will also be carried out. The aim of this project is to provide theoretical basis and technical reference for more effective removal and passivation of heavy metal by white rot fungus, to promote the positive development of biotechnology in the treatment of heavy metal wastewater.

白腐真菌在重金属废水处理中具有广阔的前景。白腐真菌对重金属的防御机制是基于菌体在胞内和胞外所产生的具有螯合络合重金属能力的物质，胞外作为重金属离子毒性钝化的第一环境尤为重要。微生物胞外聚合物在重金属的去除过程中发挥着重要作用，但是目前对白腐真菌胞外聚合物的产生特性的了解并不全面，缺乏对白腐真菌胞外聚合物对重金属的作用机制的研究。因此，本项目拟通过对白腐真菌胞外聚合物的理化性质进行系统地了解，进一步研究白腐真菌胞外聚合物对重金属的去除作用和对重金属的生物有效性的影响，分析胞外聚合物理化性质变化对其作用于重金属的效果的影响，揭示胞外聚合物对重金属的作用机制，并优化胞外聚合物对重金属的作用效果。本项目的开展为白腐真菌更有效地去除和钝化重金属提供理论依据和技术参考，推动重金属废水微生物处理技术的积极发展。

微生物胞外聚合物在重金属的去除过程中发挥着重要作用，但是目前对白腐真菌胞外聚合物的产生特性了解并不全面，且缺乏对重金属去除过程中白腐真菌胞外聚合物的作用机制研究。因此，有必要白腐真菌胞外聚合物的产生特性及其对重金属的作用机制进行探讨，这可为进一步了解白腐真菌去除和钝化重金属机制、推动白腐真菌生物技术发展提供理论依据。主要结论：1）研究了白腐真菌胞外聚合物的产生特性，结果发现溶解态胞外聚合物SMP和吸附态胞外聚合物EPS两部分胞外聚合物均以多糖为主要组分，且不同培养条件、营养条件下，胞外聚合物中多糖主要组分的地位不变。EPS和SMP的红外图谱类似，表现出多糖的一般共性。培养过程中，SMP的分子量会不断增大，但糖链骨架结构均主要由葡萄糖以→4)Glup(1→的方式连接。2) 研究了白腐真菌胞外聚合物对重金属的作用机制。结果表明重金属胁迫下，白腐真菌会分泌更多的胞外多糖，SMP的分子量更大且分布更广。在白腐真菌去除重金属初期，EPS发挥着更重要的作用。这可能与菌体在初期分泌的大量草酸有关，且EPS中草酸与EPS对重金属的去除效果有较明显相关性，SEM分析也证实EPS去除的重金属中部分是以沉淀的形式存在。EPS中的多糖组分可能在这类重金属沉淀的去除过程中发挥着更重要的作用。同时，在与重金属相互作用过程中，白腐真菌胞外聚合物的氧化还原相关活性（铁还原能力和胞外氧化酶活）均有所增强，而铁还原能力的变化与胞外聚合物中多糖含量相关性不大。3）提取EPS前、后的菌体吸附重金属的实验证实白腐真菌胞外聚合物在吸附重金属中仅发挥有限的作用。在重金属初始浓度、温度、pH、EPS的含量及提取时间等因素中，pH值对EPS吸附重金属的效果影响最大。