五氯酚生物降解机理与外生菌根真菌对五氯酚可降解性

五氯酚是氯酚族中最具毒性和最难降解的有机污染物。不同种类的微生物由于其降解污染物的生化机制不同,使得五氯酚的降解途径多样化。文章通过综述好氧与厌氧微生物降解五氯酚的降解菌和降解途径,认为五氯酚首先通过脱氯转化为低氯代化合物后再开环,因此脱氯就成为五氯酚降解的关键步骤。参与脱氯的关键酶系主要包括过氧化物酶和酚氧化酶。外生菌根真菌可降解多种难降解有机污染物,并具有生成过氧化物酶和酚氧化酶的机制,因此外生菌根真菌具有降解五氯酚的潜力与优势。这些信息将为进一步开展五氯酚生物降解机理研究,应用微生物—植物复合系统修复污染土壤提供基础。     

磁赤铁矿/多羧基有机酸体系中五氯酚的异相光化学降解

自然界广泛存在的铁氧化物与多羧基有机酸在光照条件下能够由内源自身生成活性物过氧化氢,构成异相类Fenton体系降解污染物.在实验室构建了由磁赤铁矿和多羧基有机酸组成的光化学体系,研究了五氯酚在此体系中的降解和脱氯.结果表明,五氯酚在此异相光化学体系中的降解效率受波长范围、有机酸种类和氧气的显著影响.在UV-A波长范围,五氯酚具有较高的光降解效率.草酸能够显著促进五氯酚在磁赤铁矿中的异相光降解,但柠檬酸不具有此作用.氧气是体系中生成各种含氧活性物的必要条件.五氯酚在此体系中的降解遵循一级反应动力学.最佳实验条件下,五氯酚1 h的降解率可达80%以上,脱氯率可达35%以上.对体系主要活性物过氧化氧的定量研究较好的解释了体系在各种条件下的活性差异.     

黄孢原毛平革菌对固体介质中染料的降解反应

用黄孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)3品系在固体介质中建立染料的降解反应体系,分光光度法测定染料的脱色降解率。黄孢原毛平革菌在琼脂、沙子及土壤等固体介质中均能有效地降解偶氮染料、蒽醌染料及聚合染料;植物材料玉米芯和木屑可作为共代谢碳源被该菌利用;BKM F 1767菌种降解能力最强,对活性艳蓝KN R的进攻性优于对PolyR 478和比布列希猩红。     

黄孢原毛平革菌对氯代蒽的生物降解及降解途径

氯代多环芳烃(chlorinated polycyclic aromatic hydrocarbons, Cl-PAHs)是多环芳烃的氯代衍生物,其毒性与母体相当甚至高于母体,在各种环境介质中广泛存在且难以降解,对生态环境和人类健康具有一定的潜在威胁.微生物降解是环境中去除有机物的主要途径之一,本文以白腐真菌的模式菌种-黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium, Pc)为代表,优化了Pc菌对氯代蒽的降解条件、探究了降解效果以及降解动力学,并分析了可能的降解途径.结果表明,Pc菌对氯代蒽有一定的降解能力.当液体培养基的初始pH值为4.5,Pc菌接种量约为每毫升1×10~5个时,在35℃,120 r·min~(-1)的恒温摇床中培养6 d后,接入浓度为100 mg·L~(-1)的底物能够达到较高的降解效率.在此条件下降解16 d后9-ClAnt和9,10-Cl_2Ant的降解率分别达到了96.45%和92.83%.动力学分析表明,Pc菌降解氯代蒽的过程符合一级动力学方程.分析降解过程,检测到5种降解中间产物,结合生物催化反应的特点推测了氯代蒽可能的降解途径.     

白腐菌对十溴联苯醚的酶促降解研究

考察了白腐菌菌体、胞外酶、胞内酶对十溴联苯醚(BDE-209)的降解性能,结果表明,白腐菌菌体、胞外酶、胞内酶对浓度为1 mg.L-1的BDE-209的降解率分别为60.17%、54.14%、22.32%,白腐菌对BDE-209的降解主要由胞外酶完成.进一步考察了温度、pH、BDE-209浓度对白腐菌胞外酶降解BDE-209的影响,结果显示,胞外酶降解BDE-209的最适条件为温度30℃、pH 4—5、BDE-209浓度1 mg.L-1.白腐菌胞外酶降解BDE-209前后红外光谱测定结果证实,BDE-209降解过程与Br—C、CH2—O—CH2等基团有关.降解后体系GC-MS谱图显示,BDE-209降解过程中存在脱Br作用.     

基于木质素生物降解的堆肥化接种剂开发

选取由农林废物堆肥中筛选出的木质素降解优势土著微生物枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、铜绿假单孢菌(Pseudomonas aeruginosa)、黑曲霉(Aspergillus niger)、简青霉(Penicillium simplicissim)、栗褐链霉菌(Streptomyces badius),依据PLFA-PLS定量分析所得堆肥化2次发酵期有效的木质素降解微生物群落组成比例混合接种至稻草基质发酵瓶中,做1组L9(34)正交试验以优化混合比例,期望开发1种基于木质素降解的高效堆肥化接种剂.试验结果表明:混合菌剂具有较强的木质素降解能力,其对木质素的降解是木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶、纤维素酶和半纤维素酶共同作用的结果;当按照个数比细菌∶放线菌∶真菌为85∶5∶ 10,枯草芽孢杆菌∶铜绿假单孢菌为55∶25,黑曲霉∶简青霉为2∶1配比时,木质素、纤维素、半纤维素降解率最高,分别达到22.13%,48.97%和55.93%;在不灭菌前提下,按此配比接入菌剂,其木质素、纤维素、半纤维素降解率分别比不接菌剂发酵稻草提高19.16,38.25和46.30百分点.     

假单胞茵胞内酶粗提液对藻毒素MCLR的降解

对比研究了假单胞菌M-6及其细胞内外提取液对微囊藻毒素-LR(MCLR)的降解效率.结果表明,细胞外提取液对藻毒素没有降解作用,胞内酶粗提液能在24h内降解MCLR,日均MCLR降解率是纯菌株M-6的4.7倍.进而研究了酶蛋白浓度、底物MCLR浓度、pH值及环境温度对胞内酶粗提液降解藻毒素效率的影响.当MCLR浓度为15.0mg·l~(-1)时,MCLR适宜的酶促降解反应条件为:酶蛋白浓度280mg·l~(-1),温度为30℃,反应pH值为7.0.MCLR液相色谱结构变化图表明,至少有3种酶参与了胞内酶粗提液降解MCLR的分子过程.     

黄孢原毛平革菌酵母双杂交cDNA文库的构建及应用

作为研究木质素降解系统的模式微生物黄孢原毛平革菌,迄今还没有蛋白-蛋白相互作用方面的报道.本研究利用酵母双杂交技术构建了低氮培养基中培养2d和3d的酵母双杂交cDNA文库,分别得到2.5×105和3.0×105个重组子.以14-3-3蛋白为钓饵筛选3d cDNA文库,在SD/-Ade/-His/-Leu/-Trp缺陷培养基平板上共获得了约600个单克隆,进一步分析发现,有30个克隆可激活3个报告基因.分离自这些克隆中的质粒DNA能转化大肠杆菌.利用HaeⅢ和Sau3AⅠ限制酶切分析可将它们分为4类.序列测定和同源分析结果表明,其中一类为14-3-3蛋白基因,提示14-3-3蛋白可形成二聚体,另外3类在GenBank没有明显同源的基因.通过SBASE网站预测,编号为Y2H333的克隆含有一个OB-fold核酸结合结构域(OB-fold nucleic acid binding domain).这些研究结果表明,所构建的黄孢原毛平革菌cDNA酵母杂交文库是成功的,14-3-3蛋白在黄孢原毛平革菌中能以蛋白-蛋白相互作用的形式发挥功能.图4表1参28     

黄孢原毛平革菌对染料和印染废水的降解

白腐真菌黄孢原毛平革菌在合成木素过氧化物酶的限碳培养条件下，可以降解酶性、直接、活性、阳离子等多种类型的印染工业染料、在培养的d5木素过氧化物酶活力最高时，分别加入酸性染料卡布龙红和弱酸大红，质量浓度（ρ/mgL^-1)分别为25、50、100和12．5、25．50，48h后培养液基本脱色，较高浓度下菌膜上有残余染料吸附，5d后染料质量降解率分别是100％、88％、92％和58％、58％、65％、38％。以含有上述两种染料的印染废水置换培养液，并加入葡萄糖1g/L，黄孢原毛平革菌可以直接使废水脱色，菌丝可以重复培养脱色废水至少5批，每批废水的脱色率均大于90％，5批废水总的染料质量降解率约为80％，在重复培养脱色废水的过程中，测不到木素过氧化物酶的活力，说明废水中的染料分子是在细胞表面或进入胞内被降解的，若加入的葡萄糖浓度降低一半以上，菌丝脱色废水的效果将有所下降，图5表5参11     

非离子表面活性剂强化白腐菌及其粗酶液对有机氯农药的降解

有机氯农药曾在世界范围内被广泛用于农业害虫的防治,为利用表面活性剂增效修复技术去除环境中的有机氯农药污染,研究了3种非离子表面活性剂(Tween 80、Tween 20和Triton X-100)对4种典型有机氯农药(4,4’-DDT、狄氏剂、艾氏剂和七氯)在水相中的增溶作用,对白腐菌Phlebia acanthocystis TMIC34875生长的影响以及对该菌株、胞外及胞内酶降解有机氯农药的强化效果.增溶试验结果表明,3种非离子表面活性剂可明显增加各有机氯农药的水溶解度,其增溶能力大小顺序为Tween 80>Tween 20>Triton X-100.Tween 80在低浓度(0.05、0.1和0.2 gL-1)下会促进白腐菌在PDB培养基中的生长,使其生物量增加;而高浓度(0.5和1.0 gL-1)的Tween 80则对菌株的生长产生一定的抑制作用.在0.05-0.5 g L-1浓度范围内,Tween 80可强化菌株对有机氯农药的降解效果,且降解率随着Tween 80浓度的增加而增加.降解强化效果在Tween 80浓度为0.5 gL-1时达到最佳,4,4’-DDT、狄氏剂、艾氏剂和七氯的降解率相比对照分别提高了6.70%、6.37%、10.94%和7.21%.Tween 80同样可促进胞内酶和胞外酶对4种有机氯农药的降解,尤其是对胞外酶降解的强化作用,在1.0 gL-1的Tween 80溶液中,有机氯农药的降解率提高了10%左右.可见,在农药污染环境的生物修复技术中,应用Tween 80等非离子表面活性剂来提高修复效率是可行的.