苯酚高效降解菌的筛选及其代谢动力学研究

论文摘要

苯酚是造纸、炼焦、炼油等行业生产的原材料或中间体,它属于芳香族化合物,毒性强且较难降解。未经处理的含酚废水对人类的生存环境会造成严重威胁。利用微生物降解的方法处理含酚废水是一种经济、高效且无二次污染的方法。从自然界中筛选分离出能够降解特定污染物的高效菌种,有针对性的投加到已有的污水处理系统中的生物强化技术,能够快速提供大量具有特殊作用的微生物,在有毒有害污染物治理中显示出巨大的潜力。本文以苯酚为唯一碳源,成功从武钢焦化废水曝气池的活性污泥中筛选到50株具有苯酚降解能力的菌株,通过复筛,选取其中一株生长、降解性能最好的菌株WUST-C1为对象,运用形态学、生理生化以及分子生物学方法对其进行鉴定,初步确定该菌株归属于假单胞菌属,其GenBank登录号为JN180124。考察了菌株WUST-C1生长及降解苯酚的基本特性。该菌降解的最适条件为:温度35℃,pH 7.0,转速150 r/min,接种量5 %;在此条件下,36 h内对1200 mg/L苯酚的降解率可达99 %以上;菌株在以苯酚为唯一碳源培养基中可耐受浓度为1600 mg/L。该菌株除了可利用苯酚外,还可利用对苯二酚、萘、邻苯二酚、异喹啉、α-萘酚、吲哚等多种芳香族化合物作为唯一碳源和能源生长;并具有氨苄青霉素、氯霉素等多种抗生素抗性。考察了不同环境因素对菌株生长及苯酚降解的影响。外加碳源对苯酚降解没有促进作用;菌株在不同氮源存在时的降酚能力差别很大,NaNO3和KNO3为氮源的苯酚降解率18h就可达到100 %,而当（NH4）2SO4、NH4NO3作为氮源时,苯酚在36 h后才降解完全;重金属离子Cu2+,Cd2+,Co2+,Cr6+对菌株有毒害作用,抑制了菌株的生长和对苯酚的降解,Mn2+可促进苯酚的降解;菌株对于苯酚的降解能力随着NaCl浓度的升高而逐渐下降,当NaCl质量浓度达到1.5 %时,菌体几乎失活,苯酚无降解。微生物对苯酚降解途径不同,也会有不同的特征酶。本论文对邻苯二酚-2,3-双加氧酶（C23O）、邻苯二酚-1,2-双加氧酶（C12O）两个关键酶的基因进行PCR扩增,并测定其酶活,确定该菌株的对苯酚的代谢是经邻位途径开环裂解的。以苯酚作为菌体生长的唯一碳源和能源,在初始苯酚浓度为0-1600mg/L的范围内,利用Haldane模型分别研究了细胞生长和底物降解动力学行为,结果表明该模型可以很好地描述细胞生长和对苯酚的降解行为。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 苯酚的性质及水体中苯酚的来源
• 1.2 苯酚的危害
• 1.3 苯酚的污染特性
• 1.3.1 大气中的苯酚
• 1.3.2 土壤中的苯酚污染
• 1.3.3 水体中的苯酚污染
• 1.4 含酚废水的处理方法
• 1.5 苯酚降解的微生物资源及研究现状
• 1.5.1 细菌类
• 1.5.2 酵母
• 1.5.3 真菌
• 1.5.4 单细胞藻类
• 1.6 微生物处理技术的研究方向
• 1.6.1 寻找降解性更强的多功能降解菌株
• 1.6.2 提高有机污染物的生物利用性
• 1.6.3 研究高效降解菌株的代谢动力学及代谢机理
• 1.6.4 寻找适于微生物生存的环境
• 1.7 苯酚降解途径
• 1.7.1 羟化酶途径
• 1.7.2 羧化途径
• 1.8 苯酚降解菌的代谢动力学
• 1.9 本论文研究内容和意义
• 第二章 苯酚降解菌的筛选与生长降解特性
• 2.1 试剂与材料
• 2.1.1 菌种来源
• 2.1.2 主要药品
• 2.1.3 培养基
• 2.1.4 主要试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 降酚菌的筛选
• 2.2.2 菌体生物量的测定
• 2.2.3 苯酚含量的测定
• 2.2.4 菌悬液的制备
• 2.2.5 菌株WUST-C1 生长及苯酚降解最适条件的确定
• 2.2.6 菌株WUST-C1 生长降解曲线
• 2.2.7 不同初始浓度酚降解及耐受性
• 2.2.8 其他因素对菌株生长及苯酚降解的影响
• 2.2.9 抗生素抗性实验
• 2.2.10 底物广谱性
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 苯酚降解菌的筛选
• 2.3.2 菌株生长及降解最佳pH 条件的确定
• 2.3.3 菌株生长及降解最佳温度的确定
• 2.3.4 菌株生长及降解最佳接种量的确定
• 2.3.5 菌株生长及降解最佳摇床转速的确定
• 2.3.6 菌株WUST-C1 的生长与降解曲线
• 2.3.7 不同初始浓度酚降解及耐受性
• 2.3.8 外加碳源对菌株WUST-C1 降解苯酚的影响
• 2.3.9 不同氮源对菌株WUST-C1 降解苯酚的影响
• 2.3.10 金属离子存在时对苯酚的降解
• 2.3.11 菌株WUST-C1 的耐盐性考察
• 2.3.12 菌株WUST-C1 的抗性实验
• 2.3.13 菌株WUST-C1 的底物广谱性考察
• 2.4 本章小结
• 第三章 苯酚降解菌的鉴定
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 主要药品
• 3.1.2 仪器与设备
• 3.1.3 菌种来源
• 3.1.4 主要培养基
• 3.1.5 主要试剂
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 群体形态鉴定
• 3.2.2 细胞形态鉴定
• 3.2.3 生理生化鉴定
• 3.2.4 16S rDNA 分子遗传学鉴定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 群体形态鉴定
• 3.3.2 革兰氏、芽孢染色
• 3.3.3 菌株形态
• 3.3.4 WUST-C1 菌株的生化特性
• 3.3.5 菌株 WUST-C1 的 16S rDNA 序列测定
• 3.3.6 序列分析
• 3.3.7 菌株WUST-C1 的系统发育信息
• 3.4 本章小结
• 第四章 苯酚降解菌的苯酚降解途径研究
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 菌种
• 4.1.2 主要试剂
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 菌悬液的制备
• 4.2.2 功能基因的PCR 扩增
• 4.2.3 酶活的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 WUST-C1 菌株 C12O 与 C23O 基因的 PCR 扩增
• 4.3.2 菌株WUST-C1 邻苯二酚双加氧酶的测定与定位
• 4.3.3 菌株 C12O 酶学性质
• 4.4 本章小结
• 第五章 动力学模型的初步研究
• 5.1 动力学模型的建立
• 5.1.1 细胞生长动力学模型
• 5.1.2 苯酚降解动力学模型
• 5.2 动力学实验
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢