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黑曲霉(A.niger)作为工业高产酶系菌株，在发酵行业被广泛研究，由于其对外界胁迫具有较强耐受特性，能够在放射性核素及伴生重金属污染的生物修复过程中表现出一定优势。本研究选取模式菌株A.niger为研究对象，针对尾矿周边污染物中存在的放射性污染六价铀U(Ⅵ)为胁迫介质，通过对U(Ⅵ)胁迫培养下A.niger的生理生化指标受影响的程度的研究，全面分析在U(Ⅵ)胁迫过程中A.niger细胞损伤效应及其耐受程度和潜在的应对胁迫的细胞内部抗胁迫响应机制。此外，通过对活性及非活性A.niger菌球对U(Ⅵ)的吸附富集过程进行微观分析，进而详细的探索微生物与放射性核素结合的潜在吸附富集特性及微观吸附机理。在此研究结果的基础上，对A.niger生物质材料进行改性研究，进一步验证其潜在的放射性污染废水的生物净化和实际应用潜力。研究结果如下：
(1)耐受真菌A.niger在实验设定的不同初始U(Ⅵ)浓度暴露胁迫下发现其在100-125mg/L时，菌球的生长、袍子的萌发才开始出现较为明显的抑制，说明A.niger对核素U(Ⅵ)表现出一定的抗性。通过对初始U(Ⅵ)浓度、介质温度、pH及投料量进行吸附富集实验的研究结果表明，当环境介质温度维持在30℃、pH=5、0.04g投料量时能够维持A.niger的最佳吸附状态，达到39.38mg/g。通过长期暴露在U(Ⅵ)胁迫环境中的实验结果表明，A.niger细胞逐渐通过生长代谢和协同细胞内部的潜在解毒抗性机制，能够降低表面富集和向内部转移的U(Ⅵ)所造成的毒性影响。在额外添加草酸的研究中发现，草酸可以络合重金属离子形成草酸盐络合物并降低金属离子的毒性，通过对比两种培养基培养三天内A.niger细胞内外富集情况的研究结果发现，额外添加草酸的总富集量和细胞外富集量较对照组相比呈现增加趋势，而转移至细胞内的U(Ⅵ)出现降低趋势，说明外源草酸可以促进A.niger对U(Ⅵ)的富集，同时又能降低环境介质中U(Ⅵ)的活度与转移性，达到降低U(Ⅵ)毒性胁迫的作用。通过对液体发酵胁迫培养情况下A.niger细胞内降解酶酶活的检测发现，长期暴露在存在U(Ⅵ)胁迫的发酵体系中的A.niger纤维素降解酶系受影响程度表现为：在实验设定的最高浓度(125mg/L)下，羧甲基纤维素酶活(CMCA)较对照组下降18.86%，滤纸酶活(FPA)下降28.32%。而受应激反应造成A.niger细胞内木质素降解酶系的影响较为明显，LiP和MnP酶活较对照组相比分别下降25.57%和42.06%。由此也反映出细胞内部的损伤程度较为明显。
(2)通过对A.niger长期暴露在U(Ⅵ)胁迫情况下细胞内氧化损伤效应及其内部抗氧化机制受影响程度进行研究分析。结果表明A.niger细胞长期暴露在U(Ⅵ)胁迫介质中，其细胞内部由于核素毒性的积累，产生应激反应造成氧自由基物质（O2?-、?HO、H2O2）的显著增加，最终通过细胞内较高浓度的MDA含量反应其质膜的氧化损伤程度。结合抗氧化系统中主要的SOD和CAT酶活活性的进一步研究发现，随着介质中U(Ⅵ)浓度的上升，两种抗氧化酶活性也随之显著增加，而在受胁迫的第三天后开始出现损伤程度的缓解，说明A.niger通过细胞代谢调节和抗氧化机制开始产生对U(Ⅵ)的抗性，这一结果也与其细胞内部GSH-Px的含量增加相吻合，GSH-Px开始逐渐缓解核素U(Ⅵ)对细胞产生的氧化损伤。暴露在U(Ⅵ)胁迫下A.niger细胞损伤主要原因是U(Ⅵ)的过量积累影响菌体生长代谢，诱导其产生氧自由基并引起毒性产生，通过对R(SOD/CAT)与细胞内H2O2含量的相关性分析发现，A.niger细胞内部的应激反应触发SOD酶活活性的增加，同时，自由基的清除过程造成过量的CAT酶消耗，破坏了生长初期的CAT酶活供给平衡，最终导致细胞内H2O2的积累，引起质膜的氧化损伤。
(3)通过对活性及非活性A.niger菌球吸附剂对U(Ⅵ)的吸附富集实验进行对比研究。实验结果表明，非活性A.niger菌球吸附剂由于失去活性，不再受到影响吸附因素如温度、pH、高浓度U(Ⅵ)毒性影响，表现出较活性菌球的相比更高效的去除能力。在最佳的吸附环境下(30℃、pH=5)，非活性菌球的吸附能力为83.40mg/g，远高于活性菌球50.65mg/g。通过对吸附模型的研究实验发现，两种菌球的U(Ⅵ)吸附过程能够很好的采用Langmuir等温模型和伪二阶动力学模型进行拟合分析，并且结合热力学模型能够将两种菌球对核素U(Ⅵ)的吸附特性总结为三个过程：溶液中游离的U(Ⅵ)首先与菌球表面大量的羟基、氨基、羧基等吸附位点进行单层覆盖点对点的快速吸附；通过消耗能量的生物传质过程将U(Ⅵ)扩散至紧密缠绕的菌丝球内部直至所有吸附位点被完全占据。
此外，结合现代的分析手段(SEM、EDX、FT-IR、XPS)对核素U(Ⅵ)吸附机理进行深入研究分析。结果发现A.niger菌丝体表面富含大量的活性羟基、氨基、羧基官能团，能够与羟基化的核素发生络合，从而固定吸附介质中的目标污染物达到吸附富集的效果。
(1)耐受真菌A.niger在实验设定的不同初始U(Ⅵ)浓度暴露胁迫下发现其在100-125mg/L时，菌球的生长、袍子的萌发才开始出现较为明显的抑制，说明A.niger对核素U(Ⅵ)表现出一定的抗性。通过对初始U(Ⅵ)浓度、介质温度、pH及投料量进行吸附富集实验的研究结果表明，当环境介质温度维持在30℃、pH=5、0.04g投料量时能够维持A.niger的最佳吸附状态，达到39.38mg/g。通过长期暴露在U(Ⅵ)胁迫环境中的实验结果表明，A.niger细胞逐渐通过生长代谢和协同细胞内部的潜在解毒抗性机制，能够降低表面富集和向内部转移的U(Ⅵ)所造成的毒性影响。在额外添加草酸的研究中发现，草酸可以络合重金属离子形成草酸盐络合物并降低金属离子的毒性，通过对比两种培养基培养三天内A.niger细胞内外富集情况的研究结果发现，额外添加草酸的总富集量和细胞外富集量较对照组相比呈现增加趋势，而转移至细胞内的U(Ⅵ)出现降低趋势，说明外源草酸可以促进A.niger对U(Ⅵ)的富集，同时又能降低环境介质中U(Ⅵ)的活度与转移性，达到降低U(Ⅵ)毒性胁迫的作用。通过对液体发酵胁迫培养情况下A.niger细胞内降解酶酶活的检测发现，长期暴露在存在U(Ⅵ)胁迫的发酵体系中的A.niger纤维素降解酶系受影响程度表现为：在实验设定的最高浓度(125mg/L)下，羧甲基纤维素酶活(CMCA)较对照组下降18.86%，滤纸酶活(FPA)下降28.32%。而受应激反应造成A.niger细胞内木质素降解酶系的影响较为明显，LiP和MnP酶活较对照组相比分别下降25.57%和42.06%。由此也反映出细胞内部的损伤程度较为明显。
(2)通过对A.niger长期暴露在U(Ⅵ)胁迫情况下细胞内氧化损伤效应及其内部抗氧化机制受影响程度进行研究分析。结果表明A.niger细胞长期暴露在U(Ⅵ)胁迫介质中，其细胞内部由于核素毒性的积累，产生应激反应造成氧自由基物质（O2?-、?HO、H2O2）的显著增加，最终通过细胞内较高浓度的MDA含量反应其质膜的氧化损伤程度。结合抗氧化系统中主要的SOD和CAT酶活活性的进一步研究发现，随着介质中U(Ⅵ)浓度的上升，两种抗氧化酶活性也随之显著增加，而在受胁迫的第三天后开始出现损伤程度的缓解，说明A.niger通过细胞代谢调节和抗氧化机制开始产生对U(Ⅵ)的抗性，这一结果也与其细胞内部GSH-Px的含量增加相吻合，GSH-Px开始逐渐缓解核素U(Ⅵ)对细胞产生的氧化损伤。暴露在U(Ⅵ)胁迫下A.niger细胞损伤主要原因是U(Ⅵ)的过量积累影响菌体生长代谢，诱导其产生氧自由基并引起毒性产生，通过对R(SOD/CAT)与细胞内H2O2含量的相关性分析发现，A.niger细胞内部的应激反应触发SOD酶活活性的增加，同时，自由基的清除过程造成过量的CAT酶消耗，破坏了生长初期的CAT酶活供给平衡，最终导致细胞内H2O2的积累，引起质膜的氧化损伤。
(3)通过对活性及非活性A.niger菌球吸附剂对U(Ⅵ)的吸附富集实验进行对比研究。实验结果表明，非活性A.niger菌球吸附剂由于失去活性，不再受到影响吸附因素如温度、pH、高浓度U(Ⅵ)毒性影响，表现出较活性菌球的相比更高效的去除能力。在最佳的吸附环境下(30℃、pH=5)，非活性菌球的吸附能力为83.40mg/g，远高于活性菌球50.65mg/g。通过对吸附模型的研究实验发现，两种菌球的U(Ⅵ)吸附过程能够很好的采用Langmuir等温模型和伪二阶动力学模型进行拟合分析，并且结合热力学模型能够将两种菌球对核素U(Ⅵ)的吸附特性总结为三个过程：溶液中游离的U(Ⅵ)首先与菌球表面大量的羟基、氨基、羧基等吸附位点进行单层覆盖点对点的快速吸附；通过消耗能量的生物传质过程将U(Ⅵ)扩散至紧密缠绕的菌丝球内部直至所有吸附位点被完全占据。
此外，结合现代的分析手段(SEM、EDX、FT-IR、XPS)对核素U(Ⅵ)吸附机理进行深入研究分析。结果发现A.niger菌丝体表面富含大量的活性羟基、氨基、羧基官能团，能够与羟基化的核素发生络合，从而固定吸附介质中的目标污染物达到吸附富集的效果。