磁性SA/PVA/Fe3O4复合载体固定化耐受菌株对土壤镉的吸附及其机理研究

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1. 项目概述

本项目复现论文中图4、图5、图12，包含完整代码、原始数据、结果与研究内容解读。

研究背景：磁性SA/PVA/Fe3O4复合载体固定化耐受菌株对土壤镉的吸附及其机理研究。

复现内容：

图表	成员	内容
图5	李愽菲	TP17菌株在不同镉浓度胁迫下的生长曲线
图4	陈燕姿	TP17菌株的系统发育树
图12	唐迎秋	MPS-T在土壤中5次循环使用对镉形态转化的影响

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2. 图5：TP17菌株生长曲线

2.1 研究目的

探究TP17菌株对重金属镉的耐受特性，为其在镉污染土壤修复中的应用提供微生物学基础数据。

2.2 实验设计

• 以0 mg·L⁻¹为空白对照
• 设置50~300 mg·L⁻¹共6个镉浓度梯度
• 以600 nm波长下的吸光度（OD₆₀₀ₙₘ）表征菌株生物量
• 连续监测96 h内菌株的生长动态

2.3 复现结果

TP17菌株在不同镉浓度下的生长曲线

结果解读：

• 镉浓度越高，菌株最大生物量（OD₆₀₀）越低，高浓度对生长有显著抑制作用
• 所有浓度组均呈现典型的延迟期、对数期、稳定期生长特征
• 误差棒代表3次生物学重复的标准误，数据重复性良好
• 结果验证了TP17菌株的镉耐受能力，为后续固定化菌株吸附土壤镉的研究提供基础

2.4 R代码

# 生长曲线绘制代码
library(ggplot2)
library(readxl)

# 读取数据
data <- read_excel("TP17_strain_data（4）.xlsx")

# 绘制生长曲线
ggplot(data, aes(x = Time, y = OD600, color = factor(Cd_Concentration))) +
  geom_line() +
  geom_point() +
  geom_errorbar(aes(ymin = OD600 - SE, ymax = OD600 + SE), width = 0.2) +
  labs(
    title = "TP17 Strain Growth Curve Under Different Cd Concentrations",
    x = "Time (h)",
    y = "OD600",
    color = "Cd (mg/L)"
  ) +
  theme_minimal()

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3. 图4：TP17菌株系统发育树

3.1 研究目的

明确TP17菌株的分类学地位，为其后续的功能研究（如重金属耐受、环境修复应用）提供分类学依据。

3.2 构建方法

基于16S rRNA序列构建系统发育树，展示TP17菌株与其他近缘菌株的系统发育关系。

3.3 复现结果

TP17菌株系统发育树

结果解读：

• TP17菌株与多株假单胞菌属（Pseudomonas）菌株聚为同一大分支
• 与HM152688.1等未培养假单胞菌的亲缘关系最近
• 假单胞菌属分支的根节点自举值达100，证明了该类群的进化可靠性
• 沙雷氏菌属（Serratia）菌株形成独立的外类群分支
• 证实TP17菌株归属于假单胞菌属

3.4 R代码

# 系统发育树构建代码
library(ape)
library(readxl)

# 读取序列数据
data <- read_excel("TP17_strain_data.xlsx")

# 构建系统发育树（邻接法）
tree <- nj(seqalignment)

# 绘制系统发育树
plot(tree, type = "unrooted")

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4. 图12：MPS-T循环使用对镉形态转化的影响

4.1 研究目的

验证MPS-T材料的循环稳定性与镉钝化修复潜力，为镉污染土壤的可持续修复提供数据支撑。

4.2 实验设计

• 基于20 mg·kg⁻¹镉污染土壤的5次循环修复试验
• 展示MPS-T在多次循环使用过程中对土壤镉形态的调控效果

4.3 复现结果

MPS-T在土壤中5次循环使用对镉形态转化的影响

结果解读：

• 随着循环次数增加，高活性、高生物有效性的可交换态镉（S1）占比显著降低并维持在稳定水平
• 碳酸盐结合态镉（S2）占比小幅下降
• 稳定性更强的铁锰氧化物结合态镉（S3）、有机结合态/残渣态镉（S4）占比整体提升
• MPS-T在5次循环后仍能持续将土壤中活性镉转化为低毒、稳定的钝化态

4.4 R代码

# 镉形态转化图绘制代码
library(ggplot2)
library(readxl)

# 读取数据
data <- read_excel("Effect of five cycles of MPS-T in the soil on the transformation of Cd forms.xlsx")

# 绘制堆叠柱状图与折线图组合
ggplot(data, aes(x = Cycle, y = Percentage, fill = Cd_Form)) +
  geom_bar(stat = "identity", position = "stack") +
  geom_line(aes(y = Stabilization_Rate), color = "red", size = 1) +
  labs(
    title = "Effect of MPS-T on Cd Forms Transformation",
    x = "Cycle Number",
    y = "Percentage (%)",
    fill = "Cd Form"
  ) +
  theme_minimal()

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5. 项目总结

5.1 主要成果

1. 生长曲线：验证了TP17菌株在0-300 mg/L镉浓度下的耐受能力
2. 系统发育树：明确了TP17菌株归属于假单胞菌属
3. 循环实验：证明了MPS-T材料在5次循环后仍能有效钝化土壤镉

5.2 项目成员

成员	学号	负责内容
李愽菲	2025303110067	生长曲线分析
唐迎秋	2025303120084	镉形态转化分析
陈燕姿	2025303110081	系统发育树构建

5.3 数据来源

• 原始论文DOI: 见仓库README
• GitHub仓库: https://github.com/LiBoFei1129/soil-cadmium-immobilized-bacteria