假單胞菌LH--3對(duì)2--羥基--1，4萘醌(lawsone)的降解及其固定化研究.pdf

1、2-羥基-1，4萘醌(lawsone)被廣泛應(yīng)用為醫(yī)藥原料藥、橡膠防腐劑、除草劑原料、農(nóng)藥和染料中間體等。該類藥物在生產(chǎn)和使用過(guò)程中會(huì)通過(guò)動(dòng)物排泄、廢水排放等途徑進(jìn)入水體和土壤中。由于其具有廣譜的細(xì)胞毒性，會(huì)影響動(dòng)植物生長(zhǎng)、污染水環(huán)境，最終威脅人類健康。
　　本研究從江蘇某農(nóng)藥廠活性污泥池中分離出一株2-羥基-1，4萘醌高效降解菌LH-3。它可以利用2-羥基-1,4蔡醌為唯一碳源進(jìn)行生長(zhǎng)。利用形態(tài)觀察、生理生化特性以及16S rR

2、NA序列分析法對(duì)其進(jìn)行鑒定，并對(duì)其生長(zhǎng)降解特性、降解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究。通過(guò)LC-MS檢測(cè)降解過(guò)程中可能的代謝產(chǎn)物，從而推測(cè)出可能的降解途徑。
　　通過(guò)往2％(wt％)海藻酸鈉(SA)中添加0.25％(wt％)生物碳(biochar，馬尾松樹(shù)干700℃高溫缺氧熱解所得)同時(shí)以0.2％接種量接種2-羥基-1，4萘醌降解菌LH-3制成聯(lián)合固定化小球，并考察其結(jié)構(gòu)性能;通過(guò)與不添加生物碳的海藻酸鈉+菌等4種不同對(duì)照處理進(jìn)行比較，研究聯(lián)合固定

3、化菌對(duì)2-羥基-1，4萘醌的降解特性;通過(guò)與海藻酸鈉+菌處理作比較研究聯(lián)合固定化菌重復(fù)利用性能;通過(guò)與游離菌作比較，考察不同環(huán)境因素對(duì)聯(lián)合固定化菌降解性能的影響以及聯(lián)合固定化菌在SBR反應(yīng)器中的連續(xù)降解效果，并進(jìn)一步研究反應(yīng)體系微生物群落變化。
　　結(jié)果表明，菌株LH-3被鑒定為臺(tái)灣假單胞菌屬。研究其生長(zhǎng)特性發(fā)現(xiàn)，菌株在LB液體培養(yǎng)基中連續(xù)培養(yǎng)，4-12 h為菌株LH-3的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，12 h之后菌株LH-3生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期;菌株L

4、H-3在pH7.0-9.0，溫度25-35℃范圍內(nèi)生長(zhǎng)較好，溫度30℃生長(zhǎng)最好;另外，裝液量會(huì)影響溶解氧從而影響菌株生長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)表明較高的溶解氧量有利于菌株LH-3的生長(zhǎng);菌株LH-3對(duì)葡萄糖利用最好，其次是果糖;在氮源利用實(shí)驗(yàn)中菌株LH-3可以很好地利用蛋白胨生長(zhǎng)，其余氮源利用次之。
　　環(huán)境因素如pH、溫度、氯化鈉濃度和2-羥基-1，4萘醌起始濃度等對(duì)菌株LH-3降解2-羥基-1，4萘醌有明顯影響。菌株LH-3最佳降解條件為25

5、-30℃，pH7.0-9.0，種子液接種量為1％。在最佳降解條件下，菌株LH-3在9h內(nèi)將濃度200 mg·L-1的2-羥基-1，4萘醌完全降解。LH-3對(duì)2-羥基-1，4萘醌濃度耐受范圍廣，當(dāng)?shù)孜锲鹗紳舛葟?0增大到500 mg·L-1時(shí)菌株LH-3均可有效降解底物，當(dāng)初始濃度為600 mg·L-1時(shí)，菌株LH-3降解受到顯著抑制。在大接種量條件下，對(duì)降解過(guò)程用Monod方程進(jìn)行擬合，擬合所得Vmax為179.9 hr-1，Ks為17

6、3.5 mg·L-1。
　　通過(guò)LC-MS分析，菌株LH-3降解2-羥基-1，4萘醌的代謝產(chǎn)物為鄰苯二酚、2-羥基-4-氧代苯并二氫呲喃-2-羧酸、水楊酸。菌株LH-3降解2-羥基-1，4萘醌的可能代謝途徑:2-羥基-1，4萘醌首先首先還原成1，2，4-三羥基萘，接下來(lái)萘環(huán)發(fā)生裂解生成中間產(chǎn)物4-羥基-4-（2-羥基苯基）-2-氧代丁-3-烯酸，由于烯醇不穩(wěn)定，很快發(fā)生酮-烯醇互變異構(gòu)轉(zhuǎn)變成2-羥基-4-氧代苯并二氫吡喃-2-羧酸

7、。上述產(chǎn)物通過(guò)進(jìn)一步去除側(cè)鏈生成水楊酸，水楊酸通過(guò)單加氧酶生成鄰苯二酚，鄰苯二酚開(kāi)環(huán)生成順式粘康酸，最終進(jìn)入三羧酸循環(huán)被完全礦化。
　　實(shí)驗(yàn)制備的聯(lián)合固定化小球的比表面積為22.26 m2·g-1，而普通的海藻酸鈉+菌小球比表面積為4.02 m2·g-1。聯(lián)合固定化菌降解過(guò)程中可以充分發(fā)揮生物碳吸附和微生物降解聯(lián)動(dòng)作用。聯(lián)合固定化菌與游離細(xì)菌相比可耐受更高的底物濃度，適應(yīng)更廣的pH值和溫度范圍，對(duì)重金屬的耐受性增強(qiáng)并可以多次循環(huán)利