孤对电子杂环类环境污染物的微生物降解研究

论文摘要

杂环化合物是指具有环状结构，并且除碳氢原子外，至少还含有一个杂原子的化合物。本文研究的对象主要是含有硫、氮、氧三类杂原子的孤对电子杂环化合物。这些杂环化合物是严重的污染源，化石燃料中的含硫、含氮化合物是在燃烧过程释放出大量的硫氧化物和氮氧化物，是酸雨的成因之一，对环境造成了严重的污染。随着人类社会的发展，能源的消耗与日俱增，这些化合物造成的污染也越来越严重。生物处理方法由于具有操作条件温和、费用低、对环境造成的二次污染少而受到越来越多的重视。二苯并噻吩（Dibenzothiophene，DBT）是化石燃料中含有的一种典型的有机硫化合物，使用传统的加氢脱硫（Hydrodesulfurization，HDS）难以去除，因此选择DBT作为微生物脱有机硫反应的模式化合物。石油中的含氮化合物主要是咔唑（Carbazole，CA）的各种烷基衍生物，所以生物脱氮的研究是以CA为模式化合物。二苯并呋喃（Dibenzofuran，DBF）是研究二恶英类（dioxin-like）氧杂环环境污染物生物降解的模式化合物。 本工作使用实验室前期分离出来的一株降解DBT的菌株XP为研究对象。菌株XP为常温菌株，可以在30℃左右降解含硫化合物。对XP菌株进行了菌种鉴定，XP菌落生长初期形成短的分枝菌丝体，然后分化成球菌及棒杆菌的形态；菌落有光泽，从奶白色逐渐变为粉红色；XP菌株的分枝菌酸属于红球菌分枝菌酸；脂肪酸类型为无分支，含有饱和及不饱和脂肪酸，同时还含有结核菌脂酸，与数据库中的红平红球菌脂肪酸类型有86.5％的同源性；XP菌株的riboprint模式与模式菌株Rhodococcus erythropolis DSM 43066T相似；XP菌株的16S rDNA序列在诊断区（1-500个碱基）与模式菌株Rhodococcus erythropolis DSM 43066T的16S rDNA序列100％的同源。通过上述常规的形态学、化学分析法（包括脂肪酸、分枝菌酸分析）和分子生物学结果（Riboprint pattern和16S rDNA序列的比对），最终确定XP菌株属于红平红球菌，命名为Rhodococcus erythropolis XP。 红平红球菌（Rhodococcus erythropolis）XP可以利用各种硫源，包括部分甲基噻吩、甲基苯并噻吩及全部测试的二苯并噻吩类化合物为唯一硫源生长。通过

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略表
• 第一章 前言
• 1.有机含硫、含氮和含氧化合物的分布及其特点
• 1.1 化石燃料中含硫化合物
• 1.2 石油中含氮化合物
• 1.3 环境中的含氧化合物
• 2.硫、氮、氧孤对电子杂环类化合物的微生物降解机理
• 2.1 硫杂环的微生物降解
• 2.2 氮杂环的微生物降解
• 2.3 氧杂环的微生物降解
• 3.微生物降解硫氮氧孤对电子杂环化合物的应用及其研究前景
• 第二章 脱有机硫菌株的鉴定及代谢途径分析
• 1.材料与方法
• 1.1 主要试剂及仪器
• 1.2 菌株和培养基
• 1.3 分析方法
• 1.4 菌株鉴定
• 2.结果与讨论
• 2.1 菌株鉴定
• 2.2 平红球菌XP在30℃生长及脱硫情况
• 2.3 各种硫杂环化合物的代谢途径分析
• 3.小结
• 第三章 Rhodococcus erythropolis XP休止细胞对燃油的脱硫
• 1.材料和方法
• 1.1 主要仪器和试剂
• 1.2 休止细胞的制备
• 1.3 菌体干重与吸光度关系确定
• 1.4 休止细胞降解各种硫杂环化合物
• 1.5 XP休止细胞对各种燃油的脱硫
• 2.结果与讨论
• 2.1 休止细胞体系降解DBT类化合物
• 2.2 XP休止细胞对柴油的脱硫实验
• 2.3 XP休止细胞对原油的脱硫实验
• 2.4 XP休止细胞对汽油的脱硫实验
• 3.小结
• 第四章 Rhodococcus erythropolis XP脱硫基因的克隆
• 1.材料和方法
• 1.1 主要仪器和试剂
• 1.2 培养基和培养条件
• 1.3 菌株和质粒
• 1.4 DNA操作技术
• 1.5 HPLC检测条件
• 1.6 GC分析方法和条件
• 1.7 dszD基因表达产物的酶活测定
• 2 结果和讨论
• 2.1 XP菌株目的基因的扩增
• 2.2 转化子XPEC24A对DBT类化合物的降解
• 2.3 dszD基因的克隆表达及表达产物酶活检测
• 2.4 同时表达dszA和dszC基因降解DBT生成HPBS
• 3.小结
• 第五章 咔唑降解基因的克隆及其在红球菌的表达
• 1.材料和方法
• 1.1 主要试剂
• 1.2 主要仪器及测定方法
• 1.3 菌株和培养基
• 1.4 DNA操作技术
• 1.5 目标转化子的筛选
• 1.6 双相反应
• 2.结果与讨论
• 2.1 carA基因导入XP菌中
• 2.2 carABC基因导入XP菌株
• 3.小结
• 第六章 耐有机溶剂假单胞菌脱硫菌株的构建
• 1.材料和方法
• 1.1 菌株和质粒
• 1.2 培养基和培养方法
• 1.3 主要试剂
• 1.4 基因操作
• 1.5 测定方法
• 2.结果和讨论
• 2.1 耐有机溶剂假单胞菌的构建
• 2.2 重组假单胞菌A4在10％二甲苯条件对DBT的降解
• 2.3 重组假单胞菌A4在有机溶剂环境下的生长
• 2.4 重组假单胞菌A4对各种硫杂环的降解及代谢产物分析
• 2.5 重组假单胞菌A4在各种有机溶剂下的脱硫
• 3.小结
• 结束语
• 附录
• REFERENCES
• 致谢
• 论文发表与专利申请
• 学位论文评阅及答辩情况表