陳露瑤 嚴 習(xí) 程聰慧 郭可欣 謝靖茜 李珊珊 肖方竹

（南華大學(xué)衡陽醫(yī)學(xué)院 公共衛(wèi)生學(xué)院 衡陽 421001）

鈾作為核電工業(yè)和核技術(shù)應(yīng)用中的重要戰(zhàn)略 資源，越來越多地應(yīng)用于新能源技術(shù)中。核電已成為一種成熟的清潔能源，是我國目前的主要電力能源之一［1］。與此同時，對鈾的需求以及發(fā)電量需求也在上升。在鈾礦開采和冶煉過程中，由于技術(shù)的局限性，在自然環(huán)境中排放了許多未經(jīng)處理的低濃度鈾廢水［2‐4］。

目前，鈾廢水主要產(chǎn)生于鈾礦的開采冶煉、核反應(yīng)堆發(fā)電、放射性同位素治療、放射性實驗室的實驗活動、各種乏燃料的后處理及異常事故等［5］。隨著這些人為活動的開展，放射性核物質(zhì)污染將不可避免地進入自然環(huán)境［6］，并對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成一定的威脅［7‐8］。由于產(chǎn)生鈾廢水途徑的多樣性，導(dǎo)致污染水體中鈾的濃度也不一樣。鈾在廢水中以四價和六價兩種主要化合價方式存在。在鈾廢水中鈾（Ⅳ）（四價鈾）呈綠色，略帶堿性。當(dāng)環(huán)境中pH 相對較高時，鈾（Ⅳ）易與無機碳生成碳化鈾、二碳化鈾等穩(wěn)定的絡(luò)合物沉淀而被除去。鈾（VI）（六價鈾）非常不穩(wěn)定，通常與氧氣結(jié)合在酸性溶液中形成鈾酰離子（），它是易溶解、毒性強、容易被人體吸收的物質(zhì)［9］。同時，在一定的pH 范圍內(nèi)，鈾（Ⅳ）與鈾（VI）兩者可以相互轉(zhuǎn)化［10］。在我國，酸法地浸采鈾技術(shù)應(yīng)用廣泛，在運行過程中，為浸出金屬鈾需將大量的酸注入含礦含水層中，從而產(chǎn)生了鈾廢水。因此，鈾廢水的治理主要是指在酸性廢液中去除其中及其化合物。

鈾廢水中不穩(wěn)定放射性核素可通過外（內(nèi)）部照射將廢水中輻射體照射到人體［11］。其中的不穩(wěn)定核素可通過食物網(wǎng)和食物鏈的逐步轉(zhuǎn)化富集進入生態(tài)系統(tǒng)，人類通過攝入被污染的食品而受到內(nèi)部輻射的傷害［11‐14］。當(dāng)鈾含量超過機體允許的劑量限值時，人體將受到損傷并引起疾病，如增加致癌風(fēng)險、肝臟和腎臟損傷、大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)障礙以及遺傳效應(yīng)所致的先天性功能異常；在大劑量鈾輻射下甚至可能導(dǎo)致死亡［15‐16］。需要特別指出的是，放射性核素會導(dǎo)致遺傳物質(zhì)變異和染色體畸變，對當(dāng)代以及后代造成潛在損害［17］。因此，研究治理鈾廢水的新方法和新技術(shù)刻不容緩。

相比于物理和化學(xué)方法處理鈾廢水，生物富集法因其操作簡便、易處理、無污染，以及再生能力強等優(yōu)勢，獲得了廣泛的應(yīng)用。微生物富集法的機理包含有生物沉淀、生物礦化、生物轉(zhuǎn)化及生物積累吸附。具有富集鈾潛力的微生物細菌不少，例如枯草芽孢桿菌［18］、蘇云金芽孢桿菌、蠟樣芽胞桿菌等，可對鈾進行非還原的生物礦化［19］。假單胞菌菌種也可在酸性條件下通過生物礦化機理實現(xiàn)對鈾的富集作用［20］。研究指出，天然酵母菌黏性紅酵母細胞的表面細胞壁中含有機磷酸基，該物質(zhì)會與鈾酰相互作用，從而降低放射性鈾酰的流動，起到修復(fù)作用［21］。此外，檸檬酸桿菌在磷酸酶介導(dǎo)下會通過細胞結(jié)合的方式來與鈾結(jié)合，從而以重金屬磷酸鹽的形式積累鈾［22］。雖然這些微生物對鈾具有一定的富集能力，但是它們中許多都對放射性核素比較敏感，難以長期存活在輻射環(huán)境中，因此，治理鈾廢水的能力受到了很大限制［23‐24］。

耐輻射奇球菌（Deinococcus radiodurans，DR）是一種革蘭氏陽性細菌，有超強的抗輻射能力和較強的DNA 修復(fù)能力?？梢栽谖談┝扛哌_4 kGy的急性電離輻射環(huán)境中正常生長。在紫外輻射環(huán)境下、在含強氧化劑、絲裂霉素等的環(huán)境中，耐輻射奇球菌均表現(xiàn)出很強的抵抗力［25‐26］。相關(guān)研究表明DR 還具有一定的還原富集能力［27］。因此，利用DR富集和還原鈾廢水中的鈾具有較好的研究前景。

本實驗在相關(guān)研究基礎(chǔ)上，選擇DR的活體菌作為生物富集劑，探究影響DR富集鈾的因素，以及在富集過程中對鈾溶液的pH動態(tài)調(diào)節(jié)，最后通過傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和掃描電鏡（SEM）來闡明DR 富集鈾的作用機理。對后續(xù)了解研究微生物對鈾等重金屬污染物的富集機理與影響因素等方面起到促進作用，同時為其在實際工業(yè)運用提供一定的基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

Agar（BIOSHARP 公司，中國）；蛋白胨、酵母提取物（OXOID 公司，英國）；葡萄糖（GENVIEW公司，中國）；其余試劑和藥品均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器

上海博迅公司SPX‐150B‐Z 型生化培養(yǎng)箱、蘇州蘇凈安泰公司SW‐QJ‐2F型超凈工作臺、哈爾濱東聯(lián)電子公司HZQ‐C 型空氣浴振蕩器、中國華利達公司HZ‐9211KB 型恒溫振蕩器、天津泰斯特公司W(wǎng)GL‐125B 型電熱鼓風(fēng)干燥箱、上海儀電公司PHS‐3C 精密型pH 計、瑞士梅特勒‐托利多公司ME203E/02型電子天平、上海躍進公司HH.W21型電子恒溫水浴箱、上海博迅公司G154DP型立式壓力蒸汽滅菌鍋、湖南中沃水務(wù)公司ZOOMAC‐A型超純水器、德國Eppendorf 有限公司單道型微量移液器、日本島津IR Prestige‐21 型FTIR 光譜儀、上海舜宇恒平UV2600型紫外‐可見分光光度計。

1.3 試劑的配制

按照5∶1∶3的比例稱取蛋白胨、葡萄糖、酵母提取物，用雙蒸水溶解于錐形瓶中。蛋白胨質(zhì)量濃度為5 mg/mL，葡萄糖質(zhì)量濃度為1 mg/mL、酵母提取物質(zhì)量濃度為3 mg/mL。設(shè)置高壓蒸汽滅菌鍋參數(shù)為120 °C、121 kPa，滅菌30 min，配制成液體Tryptone Glucose Yeast Broth Medium（TGY）培養(yǎng)基。鈾標(biāo)準溶液配制（1 g/L）：稱取1.0 g硝酸鈾酰，加入20～30 mL超純水溶解硝酸鈾酰后，轉(zhuǎn)入1 L容量瓶中，定容至刻度。乙酸‐乙酸鈉緩沖液配制：稱取20.4 g乙酸鈉放入燒杯中，添加80 mL乙酸攪拌溶解，轉(zhuǎn)移到500 mL容量瓶中，定容至刻度。氮砷Ⅲ顯色劑的配制：稱取0.05 g偶氮砷Ⅲ，加入適量超純水溶解，后轉(zhuǎn)入100 mL 容量瓶中，定容至刻度。

1.4 菌株的選定與制備

DR（編號：CGMCC1.633）由南華大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院放射醫(yī)學(xué)與防護研究所提供。該菌為野生耐輻射奇球菌，無變異。將菌株生長于TGY 液體培養(yǎng)基中（Tryptone 5 mg/mL，Yeast Extract 3 mg/mL，Glucose 1 mg/mL），搖菌培養(yǎng)溫度為30 ℃、恒溫振蕩器轉(zhuǎn)速設(shè)置為220 r/mim。

干菌體的制備：生理鹽水洗滌離心后的耐輻射奇球菌體，55 ℃（避免溫度過高引起菌體有機物損失）烘箱中干燥24 h，冷卻后置研缽中研磨，過直徑為106 μm的標(biāo)準篩，收集106 μm篩以下樣本，保存于干燥器中，后送往山東省聊城齊點化工技術(shù)服務(wù)有限公司進行FTIR和SEM測定。

1.5 菌株的培養(yǎng)

將保種耐輻射奇球菌液以平板劃線法接種于TGY固體培養(yǎng)基中，置于30 ℃恒溫生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。待固體培養(yǎng)基上長出肉眼可見單克隆菌落，隨機挑取細菌單克隆接種于TGY 液體培養(yǎng)基。將含菌液培養(yǎng)液置于30 ℃空氣浴振蕩器中搖菌，測得菌液OD600值為1.0后取出。

1.6 耐輻射奇球菌對鈾富集實驗

依據(jù)實驗所探討的條件，在60 mL 含鈾（Ⅵ）溶液中加入一定劑量菌體沉淀（鈾濃度按實驗所需選擇），調(diào)節(jié)pH，在30 ℃、220 r/min 條件下?lián)u菌培養(yǎng)一定時間，離心后取1 mL 上清液，測量吸光度，計算溶液鈾濃度。

1.7 探索耐輻射奇球菌富集過程中對鈾溶液的pH動態(tài)調(diào)節(jié)

探索取10 mL、OD600值為1.0 的菌液離心后取菌體沉淀，加入60 mL鈾初始濃度為30 mg/L的鈾溶液中，pH 分別為2.0、3.0、4.0、5.0 和6.0，在30 ℃、220 r/min下?lián)u菌培養(yǎng)。每隔15 min取出5 mL的菌液與鈾溶液混合液，離心后測定菌與鈾混合液上清液的pH。

1.8 分析方法

用偶氮砷Ⅲ法測定鈾含量，計算耐輻射奇球菌對鈾的富集率（R，%）和富集量（q（mg/g-1）），見式（1）和式（2）。

式中：C0為鈾初始質(zhì)量濃度，mg/L；Ce為t時刻殘余鈾質(zhì)量濃度，mg/L；V為溶液體積，L；m為菌體干重，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 鈾的標(biāo)準曲線

將一定量鈾標(biāo)準溶液（1 g/L）稀釋成10 mg/L的鈾溶液，分別取0.5 mL、1 mL、2 mL、4 mL和6 mL倒入10 mL試管中，再加入1 mL偶氮砷Ⅲ溶液，最后用乙酸‐乙酸鈉緩沖液定容至10 mL，搖勻靜置10 min。測量吸光度值，繪制標(biāo)準曲線。圖1 為鈾的標(biāo)準曲線，R2=0.999 1，表明吸光度與鈾濃度的線性關(guān)系良好。

圖1 鈾的標(biāo)準曲線Fig.1 Standard curve of uranium

2.2 不同環(huán)境對耐輻射奇球菌富集鈾（Ⅵ）的影響

2.2.1 時間對耐輻射奇球菌富集鈾（Ⅵ）的影響

在60 mL鈾初始濃度為30 mg/L的溶液中加入菌體沉淀，調(diào)節(jié)pH 為5.0，在30 ℃、220 r/min 條件下培養(yǎng)105 min。每隔15 min取出5 mL的菌體與鈾溶液混合，離心后取1 mL上清液，測量吸光度，計算溶液鈾濃度。時間對鈾富集性能的影響實驗結(jié)果見圖2。

圖2 時間對鈾富集性能的影響Fig.2 Effect of time on uranium adsorption performance

從圖2 可以看出，時間對鈾（Ⅵ） 富集效果影響顯著。在富集鈾初始階段，隨吸附時間的增長，DR對鈾的富集速率以較快速度增加，富集平衡時間為60 min 左右，此時耐輻射奇球菌對鈾的富集率和富集量為85.67%和154.20 mg/g。隨著時間的延長，富集率基本趨于穩(wěn)定，富集量增長幅度緩慢，變動較小。這是因為在富集前，耐輻射奇球菌表面有參與富集作用的活性官能團，隨著富集率的增加，參與富集作用的官能團可結(jié)合位點數(shù)量減少，最后對鈾的富集達到飽和［27］。因此，后續(xù)實驗選擇富集時間為60 min。

2.2.2 菌劑量對耐輻射奇球菌富集鈾性能的影響

在鈾初始濃度為30 mg/L的60 mL溶液中加入不同劑量的OD600值為1.0時菌液的菌體沉淀（分別取4 mL、6 mL、8 mL、10 mL、12 mL、14 mL 和16 mL 的菌液后離心），在pH 為5.0、吸附溫度為30 ℃、220 r/min 下?lián)u菌培養(yǎng)60 min。離心后取1 mL 上清液，測量吸光度，計算溶液鈾濃度。菌劑量對鈾富集性能的影響結(jié)果見圖3。

圖3 菌劑量對鈾富集性能的影響Fig.3 Effect of bacterial dose on uranium adsorption performance

從圖3 可以看出，菌劑量對鈾（Ⅵ） 吸附效果影響較顯著。當(dāng)鈾初始濃度為30 mg/L時，初期隨著菌劑量的增加，耐輻射奇球菌對鈾（Ⅵ）的吸附率呈較快上升趨勢，但富集量卻隨著菌劑量的增加逐漸降低。這是因為在一定鈾初始濃度條件下，隨著菌劑量的增加，參與鈾富集作用的活性官能團數(shù)量也增多，從而使富集率增加；在富集過程中，當(dāng)官能團結(jié)合位點達到富集平衡后，繼續(xù)增加菌劑量，耐輻射奇球菌對鈾的單位富集率反而下降。當(dāng)菌劑量為10 mL 時，富集率為84.32%，富集量為151.74 mg/g。之后隨著菌劑量的增加，耐輻射奇球菌單位富集率上升緩慢。因此，后續(xù)實驗選擇的菌劑量為10 mL 菌液（菌液OD600值為1.0）。

2.2.3 鈾初始濃度對耐輻射奇球菌富集鈾性能的影響

在不同鈾初始濃度（10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、70 mg/L）的60 mL溶液中加入菌體沉淀，在pH為5.0、溫度為30 ℃、220 r/min 下?lián)u菌培養(yǎng)60 min，離心后取1 mL 上清液，測量吸光度，計算溶液鈾濃度。鈾初始濃度對鈾富集性能的影響結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，鈾初始濃度對鈾（Ⅵ）富集效果較為顯著。當(dāng)菌劑量為10 mL菌液時，隨著鈾溶液初始濃度的逐步變大，耐輻射奇球菌對鈾的富集率降低。耐輻射奇球菌對鈾（Ⅵ）富集量的增幅在前期較為顯著，后期卻增長緩慢，這是因為溶液中菌劑量不變，因而菌體表面提供的活性官能團是有限的。當(dāng)達到富集平衡后，活性官能團逐漸接近飽和，此時繼續(xù)增加鈾初始濃度，隨著溶液中鈾的含量增多，富集率會降低，富集量增加。當(dāng)初始鈾濃度為30 mg/L時，鈾（Ⅵ）的富集率為83.38%，富集量為150.08 mg/g。此時再增加鈾初始濃度，耐輻射奇球菌對鈾的富集率下降幅度較大，富集量增加較為緩慢。因此，后續(xù)實驗選擇的鈾初始濃度為30 mg/L。

圖4 鈾初始濃度對鈾富集性能的影響Fig.4 Effect of initial uranium concentration on uranium adsorption performance

2.2.4 pH對耐輻射奇球菌富集鈾性能的影響

在鈾初始濃度為60 mg/L的60 mL溶液中加入10 mL 菌體沉淀，調(diào)節(jié)pH 分別為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0和8.0，在30 ℃、220 r/min下?lián)u菌培養(yǎng)60 min，離心后取1 mL 上清液，測量吸光度，計算溶液鈾濃度。pH 對鈾富集性能的影響結(jié)果見圖5。

圖5 pH對鈾富集性能的影響Fig.5 Effect of pH on the adsorption performance of uranium

從圖5 可以看出，pH 對鈾（Ⅵ）吸附效果影響顯著。當(dāng)pH≤5時，耐輻射奇球菌對鈾（Ⅵ）的吸附率隨著溶液pH 的增長快速上升，當(dāng)pH 達到5.0時吸附率達到最大值，其高達86.43%，對應(yīng)的吸附量為155.58 mg/g；之后，隨著溶液的pH繼續(xù)升高，耐輻射奇球菌對鈾（Ⅵ）的吸附率呈先慢后快的下降趨勢。因此，判斷耐輻射奇球菌體吸附鈾（Ⅵ）的適宜pH在5.0左右。

在鈾初始濃度和菌劑量不變的情況下，pH 對耐輻射奇球菌鈾富集作用影響較大，隨著pH的增加，富集率和富集量都是先增加后降低。pH＜5.0時，富集附率和富集量隨著pH 的增加而快速上升。在pH=3.0～4.0 的條件下，富集率較低；當(dāng)pH＞5.0 呈中性或弱堿性環(huán)境時，富集率隨著pH 的增加而快速下降，此時耐輻射奇球菌對鈾的富集率和富集量明顯降低，可以看到，當(dāng)pH=8.0 時，吸附率低至53.60%，對應(yīng)的吸附量為96.48 mg/g。而當(dāng)pH為5.0時，富集率和富集量達到了最高峰，此時富集率為86.43%，富集量為155.58 mg/g。pH會對耐輻射奇球菌的富集作用產(chǎn)生顯著影響是因為當(dāng)pH＜5.0 時，鈾溶液中的氫離子濃度很大，氫離子會與鈾酰離子（UO22+）競爭耐輻射奇球菌表面的負電性活性官能團，從而占據(jù)了菌體表面大量的富集位點，阻止了耐輻射奇球菌對鈾的富集，所以在pH較低時，耐輻射奇球菌對鈾的富集率較低：當(dāng)pH＞5.0 時，鈾溶液中的離子氫數(shù)量減少而使鈾酰離子發(fā)生水解反應(yīng)［28‐29］，導(dǎo)致其濃度降低，富集率下降。因此，耐輻射奇球菌富集鈾的最佳pH為5.0，選擇pH為5.0的條件來進行后續(xù)實驗。

2.3 耐輻射奇球菌富集過程中對鈾溶液pH 動態(tài)調(diào)節(jié)

在60 mL鈾初始濃度為30 mg/L鈾溶液中加入10 mL 菌液OD600值為1.0 的菌體沉淀，pH 分別為2.0、3.0、4.0、5.0和6.0，在30 ℃、220 r/min下?lián)u菌培養(yǎng)。每隔15 min 取出5 mL 菌液，離心后測定菌液的pH。耐輻射奇球菌對鈾富集的pH變化趨勢見圖6。

圖6 耐輻射奇球菌對鈾富集的pH變化趨勢Fig.6 Change trend of pH of DR on uranium adsorption

從圖6 可以看出，將耐輻射奇球菌加入不同pH 的鈾溶液環(huán)境后，隨著時間的增加，含鈾溶液的pH總體均呈現(xiàn)上升趨勢。在初期，pH上升速度較快，當(dāng)時間達到60 min 以后，曲線逐漸趨于平穩(wěn)，這是因為鈾酰離子在溶液中會發(fā)生水解反應(yīng)，見式（3）。

當(dāng)菌體富集鈾酰離子時，導(dǎo)致溶液中鈾酰離子的濃度減少，使水解反應(yīng)發(fā)生可逆反應(yīng)，氫離子濃度降低，pH 上升［28‐29］。在60 min 時達到富集平衡，活性官能團逐漸接近飽和，不再富集鈾酰離子，水解反應(yīng)達到平衡，所以之后曲線趨于平穩(wěn)。這表明耐輻射奇球菌在富集鈾過程中對鈾溶液的pH有一定的調(diào)節(jié)作用，使得富集后的鈾溶液pH上升。

2.4 耐輻射奇球菌富集鈾前后表面形貌和官能團分析

2.4.1 耐輻射奇球菌富集鈾前后表面形貌分析

耐輻射奇球菌富集鈾前后的SEM 圖如圖7所示。

圖7 耐輻射奇球菌富集鈾前(a)后(b)SEM圖(80 000×)Fig.7 SEM images of DR before(a)and after(b)adsorption of uranium(80 000×)

由圖7，耐輻射奇球菌富集鈾前后其表面形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化。圖7（a）顯示，耐輻射奇球菌具有光滑的外表，規(guī)則的形狀，細胞外觀呈不規(guī)則圓形。圖7（b）顯示，耐輻射奇球菌失去了原本的光滑表面，其菌體表面變得極不規(guī)則，有一定團聚現(xiàn)象。同時，耐輻射奇球菌表面出現(xiàn)不同程度的破裂，細菌表面可見薄片狀晶體，表明耐輻射奇球菌對鈾具有富集作用［27］。

2.4.2 耐輻射奇球菌富集鈾前后表面官能團分析

圖8為耐輻射奇球菌富集鈾前后的FTIR譜。

圖8 耐輻射奇球菌富集鈾前后的FTIR譜Fig.8 FTIR spectra of DR before and after adsorption of uranium

通過對比發(fā)現(xiàn)：3 293 cm-1處為蛋白質(zhì)基中-OH在富集后譜帶向低波數(shù)偏移了2 cm-1，說明羥基參與了鈾的富集過程。在2 927 cm-1處，蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的-CH3和-CH2-通過對稱、反對稱伸縮振動形成的吸收峰，富集前后沒有明顯變化。1 650 cm-1、1 543 cm-1和1 240 cm-1處的吸收峰分別為蛋白質(zhì)上酰胺I帶的C=O鍵伸縮振動、酰胺II帶的N-H鍵彎曲振動、C-N鍵伸縮振動、酰胺III帶的N-H 鍵的彎曲振動以及C-N 鍵的伸縮振動；富集后，酰胺I帶和II 帶的吸收峰沒有什么變動，而酰胺III 帶的吸收峰呈現(xiàn)鈍化，表明鈾與該處官能團發(fā)生了富集作用。1 403 cm-1處為肽鏈側(cè)鏈的-COOH的吸收峰，富集后，該處吸收峰向低波數(shù)移動了2 cm-1，這可能是-COOH 同鈾發(fā)生了配位作用。1 077 cm-1處吸收峰是菌體的多糖骨架振動吸收帶，主要是糖類C-OH的伸縮振動或含有P-O-C 的伸縮振動，表明細胞壁上碳水化合物等也參與到了鈾的富集過程中。綜上所述，耐輻射奇球菌細胞表面具有豐富的活性官能團，主要是蛋白質(zhì)的酰胺基、-OH、-COOH、磷酸基團等活性基團，在細胞與鈾富集過程中，這些活性官能團主要以配位、絡(luò)合以及螯合等作用形式來參與富集鈾［30‐31］。

3 結(jié)論

本實驗選擇耐輻射奇球菌的活體菌作為生物富集劑，探討在各種因素影響下，耐輻射奇球菌對鈾的富集性能影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，耐輻射奇球菌對低含量鈾具備較好的富集性能，表明耐輻射奇球菌治理鈾廢水有一定的應(yīng)用前景。

耐輻射奇球菌在富集鈾的過程中，主要依賴生物礦化和生物吸附作用這兩種機制。菌體可通過生物礦化作用生成鈾化合物、氧化物、磷酸鹽、草酸鹽和硫化物等，這一反應(yīng)涉及生物體內(nèi)所形成的代謝產(chǎn)物。耐輻射奇球菌的細胞壁較厚，細胞壁上存在很多化學(xué)基團以及配位體，在放射性廢水溶液中，可與鈾酰離子發(fā)生化學(xué)鍵合。耐輻射奇球菌的細胞壁是富集金屬離子的主要區(qū)域，且鈾化合物通常以固相的形式存在。紅外光譜通過數(shù)字化將頻譜轉(zhuǎn)換，側(cè)重于分析耐輻射奇球菌與鈾酰離子相互作用的功能基團的性質(zhì)，可顯示在基因工程菌富集鈾過程中發(fā)揮作用的有效基團。通過比對紅外光譜發(fā)現(xiàn)：酰胺官能團與鈾發(fā)生富集作用；-COOH同鈾發(fā)生了配位作用；碳水化合物等一系列基團也參與到了鈾的富集過程中。我們總結(jié)，在菌體細胞與鈾富集過程中，蛋白質(zhì)酰胺基、羥基、羧基、磷酸基團等活性基團主要以配位、絡(luò)合以及螯合等作用形式來參與富集鈾。生成鈾化合物后，在離子間的相互作用下，使鈾化合物沉淀在菌體細胞壁，進而實現(xiàn)耐輻射奇球菌對放射性核素鈾的化學(xué)吸附。

在耐輻射奇球菌富集鈾過程中，化學(xué)吸附和生物礦化兩種方式均會受到鈾溶液中pH、鈾含量等因素的影響。實驗表明，富集時間為60 min、菌劑量為10 mL、OD600值為1.0 時的菌液，鈾初始質(zhì)量濃度為30 mg/L、pH 為5.0，是耐輻射奇球菌的最佳富集條件。

此外，耐輻射奇球菌在富集鈾過程中對鈾溶液的pH有一定的調(diào)節(jié)作用，使得富集后的鈾溶液pH 上升。這是由于當(dāng)菌體富集鈾酰離子時，會導(dǎo)致溶液中鈾酰離子的濃度減少，使水解反應(yīng)發(fā)生可逆反應(yīng)，氫離子濃度降低，從而使得富集后的鈾溶液pH上升。還觀察到，富集鈾后的耐輻射奇球菌菌體的表面形貌發(fā)生了變化，SEM 圖顯示：富集鈾后的菌體失去了原本的光滑表面，其菌體表面出現(xiàn)變形，形狀極不規(guī)則，具有一定的團聚現(xiàn)象；同時，菌體表面出現(xiàn)不同程度的破裂，這提示耐輻射奇球菌細胞壁在弱酸性環(huán)境下可能受到了損壞，形成許多不規(guī)則凸起，增大了菌體表面積，而這有利于鈾化合物沉淀附著在細胞壁表面。以上結(jié)果表明了耐輻射奇球菌對鈾發(fā)生富集作用。

對于研究耐輻射奇球菌治理鈾廢水，目前已經(jīng)有了很多研究成果，但還需要更深入的研究。本實驗對后續(xù)了解、研究耐輻射奇球菌對鈾等重金屬污染物的富集機理和影響因素等方面提供了一定的基礎(chǔ)依據(jù)。

作者貢獻說明 陳露瑤論文撰寫、實驗、修改稿件、校對；嚴習(xí)參與實驗、論文撰寫；程聰慧論文校對及修改；郭可欣、李珊珊論文校對；謝靖茜論文修改；肖方竹論文檢查。