白腐真菌木质素降解酶的反应器发酵

为了获得更高的白腐真菌木质素降解酶的产量和相应的控制策略,应用5L搅拌罐生物反应器对氮限制下(C/N=56/2.2)P.chrysosporium产木质素降解酶进行了放大研究.结果表明,在分批发酵试验中,锰过氧化物酶(MnP)和漆酶(Lac)分别在培养第6d和第7d达到峰值,其酶活随时间的变化规律与摇瓶试验基本相同;而采用氮限制液体培养基进行补料没有获得更高的酶活,因此,可以得出采用发酵液体培养基作为补料液不利于白腐真菌持续产酶.另外,在分批发酵和分批补料发酵过程中,均发现体系pH值变化与白腐真菌生长和次生代谢产酶具有较好的相关性,当白腐真菌进入次生代谢阶段开始产酶时,体系pH值开始下降,随着发酵后期酶活的降低,pH值下降的幅度也逐渐变小,当体系酶活接近为0.0U/L时,pH值基本不再变化.因此,在实际发酵过程中,可以依据体系pH的变化间接了解白腐真菌的生长和产酶情况,而分批补料策略还有待于进一步研究.     

木质素降解酶对四环素的降解可行性

选取了使用广泛、在环境中残留量大、生物毒性大、不易被生物降解的四环素类抗生素中的四环素,考察了其被木质素过氧化物酶(LiP)和锰过氧化物酶(MnP)粗酶液体外降解的效果,证明2种酶对四环素均有较强的降解作用,并在此基础上比较了3个不同酶活(15 U·L-1、40U·L-1、70 U·L-1)下的降解率.结果表明,同等酶活(40 U·L-1)下,LiP比MnP的降解能力强,在适宜的反应条件下,LiP对50 mg·L-1四环素的降解率在5min内可达95%以上,而MnP在2h后仅达70%.对于LiP,当酶活从15 U·L-1升高至40 U·L-1时,降解率提高约15%,当酶活进一步升高至70 U·L-1时,降解率变化不大,而提高酶活可明显提高MnP对四环素的降解率.此外,通过反应进程中补加H2O2,可以明显提高MnP对四环素的降解率.     

白腐真菌F2的生长及产木质素降解酶特性的研究

考察了从我国生物资源中筛分出的白腐真菌F2的生长特性,采用多因素试验法研究了F2菌产木质素降解酶的特性;用统计学方法对试验数据进行了误差分析,并分析了多种影响因素对F2菌产木质素降解酶的影响.实验结果表明:F2菌在PDA培养基平板上和Tien＆Kirk培养基中都生长良好且生长速率较高;在自由悬浮振荡培养(不通氧气)条件下,F2菌产LiP的最高酶活可达60 5U·L-1,MnP的最高酶活可达263 4U·L-1,其产酶能力超过了黄孢原毛平革菌在自由悬浮振荡培养(不另外通入氧气)条件下的产酶能力.本研究还发现向培养基中添加的Cu2+浓度超过1μmol·L-1时会抑制F2菌产LiP,以往的文献未报道过Cu2+的这种抑制作用.     

白腐真菌批式发酵动力学模型研究

为了进一步认识白腐真菌发酵产酶机理并指导相关发酵工艺设计,在一系列试验研究的基础上,建立了描述黄孢原毛平革菌批式发酵过程的动力学模型,并采用自由悬浮和固定化2种培养条件下的试验数据分别回归了模型各参数.模拟计算结果表明,生物量、葡萄糖、氨氮、木质素酶浓度的的计算值与实测值的偏差在15%以内.对比2种培养条件下的模型参数发现,二者得到的最大生物量浓度均为1.78 g/L;固定化培养菌体的比增长速率值(0.668 3 d-1)大于自由悬浮培养值(0.514 4d-1);自由悬浮培养中绝大部分葡萄糖消耗于非生长菌体代谢,固定化培养中则部分葡萄糖用于菌体生长,且氨氮消耗更快;菌体的产酶过程与生长无关;自由悬浮培养条件下,菌丝小球可合成MnP(231 U/L),其MnP合成能力为115.8 U·(g·d)-1,且高峰后依然可以保持26.1 U·(g·d)-1,适合采用补料-分批发酵的模式提高MnP的产量及其发酵效率;固定化培养条件下,菌体可同时合成MnP(410 U/L)和LiP(721 U/L),但其LiP和MnP合成能力在酶活高峰之后明显下降,分别由248.9 U·(g·d)-1和80.1 U·(g·d)-1下降到0 U·(g·d)-1和6.04 U·(g·d)-1,故而在考虑补料-分批发酵模式时,补料时机应选择在培养中期的LiP与MnP峰值之前.     

白腐真菌培养条件对其分泌木质素降解酶的影响

应用摇瓶试验研究了不同白腐真菌培养条件对其产酶的影响.通过控制不同转速、投加载体等方式考察了白腐真菌的产酶情况.结果表明,在悬浮培养方式下,转速为160r/min时获得的锰过氧化物酶最高(481.6U/L),其酶活是静置、120r/min条件下培养的65倍和43倍;投加载体后,载体固定化培养获得的木质素过氧化物酶酶活是悬浮培养的71倍,载体投加量对其产酶影响很大,只有当载体处于非浸没状态时才有利于酶活产生,否则酶活极低.因此,选择载体固定化—非浸没—振荡培养方式培养白腐真菌可获得更高的产酶量和酶活.     

白腐真菌发酵中胞外蛋白酶对MnP的产生及其稳定性的影响

在摇瓶试验中通过投加4种对应不同蛋白酶的抑制剂,研究了白腐真菌 Phanerochaete chrysosporium 固定化发酵过程中所产的胞外蛋白酶对其MnP的产生以及稳定性的影响.在培养1d后投加 Pepstatin A 可使MnP峰值提高且提前1d出现,而投加PMSF、EDTA后MnP峰值出现时间不变但峰值皆下降;培养4d后投加 PMSF 和Pepstatin A可使MnP酶活提高且稳定性增强;培养过程中投加 HgCl2 均会抑制菌体生长,使 MnP酶活水平较低.在培养1d后直接补人初级蛋白酶浓缩液.MnP 峰值酶活稍有提高.且第3d补入初级蛋白酶浓缩液会使MnP提前1d出现.在离体条件下,EDTA 和 HgCl2均可抑制MnP酶活;初级蛋白酶和次级蛋白酶均会导致MnP不稳定,但投加 PMSF 和 Pepstatin A 后,MnP稳定性增强.以上结果表明,在培养过程中初级蛋白酶部分组分对MnP的产生过程具有促进作用;初级蛋白酶和次级蛋白酶会导致离体MnP迅速失活,且证实其中2种组分--丝氨酸蛋白酶和天冬氨酸蛋白酶--可导致离体MnP不稳定.     

木质素降解酶在不同堆肥基质中的吸附传输特性研究

为了深入探究木质素降解酶在不同堆肥基质中的吸附传输特性,通过批量实验对比了土壤、菜叶、稻草和米糠对木质素降解酶的吸附性能,并进行了动力学分析和等温吸附模型拟合,同时通过柱淋洗实验考察了木质素降解酶在4种堆肥基质中的迁移传输特性.结果表明,堆肥基质对木质素降解酶的吸附与基质种类有关,土壤、菜叶、稻草和米糠对木素过氧化物酶(LiP)和锰过氧化物酶(MnP)的吸附量分别为1.22、 1.27、 1.13、 1.22 U·g-1和5.09、 4.88、 4.43、 3.95 U·g-1.比较LiP和MnP吸附的动力学模型,准二级动力学方程为表征木质素降解酶吸附的最佳模型,其R2值为0.9732～0.9997, Elovich方程拟合较差,准一级动力学方程拟合最差;Langmuir模型对等温吸附数据进行拟合效果最好,而实验数据不适合用Freundlich方程表征.土壤、菜叶、稻草和米糠对LiP和MnP饱和吸附容量分别为1.23、1.30、1.17、1.14 U·g-1和5.70、 5.19、 4.73、 4.14 U·g-1.LiP和MnP在稻草和米糠基质中传输效果较好,可传输到最深层10 mL处,而在土壤和菜叶基质中则被滞留在浅层.     

处理秸秆纤维素乙醇废水的东北土著白腐真菌筛选及特性研究

为了提高秸秆纤维素乙醇废水的处理效果,选择6种东北土著白腐真菌,对2%的秸秆纤维素乙醇废水中木质素进行降解处理.采用正交试验法对筛选出的高效降解菌进行产漆酶培养基的优化.结果表明:6种白腐真菌最高酶活大小顺序为青顶拟多孔菌>血红密孔菌>糙皮侧耳菌>彩绒革盖菌>烟色烟管菌>灵芝;血红密孔菌、糙皮侧耳菌、彩绒革盖菌、青顶拟多孔菌、灵芝、烟色烟管菌在第0天起始质量浓度为640.9~716.6 mg/L,在第14天木质素的质量浓度分别为434.0、411.2、441.8、441.7、533.3、503.5 mg/L,对木质素的去除率分别为37.1%、37.0%、31.8%、31.7%、25.6%、21.4%,并分别在第12、12、4、4、2、6天木质素降解趋于平稳,表明降解效果最好的菌种为血红密孔菌.血红密孔菌产漆酶培养基最优组合方案:最佳碳源为锯末,质量浓度为35 g/L;最佳氮源为蛋白胨,质量浓度为4 g/L;最佳pH为5.极差分析表明,各因素对血红密孔菌产漆酶的影响顺序为碳源>氮源> pH >氮源质量浓度>碳源质量浓度.在最佳培养基条件下,废水中木质素降解率达41.1%.研究显示,血红密孔菌可以作为生物法处理秸秆纤维素乙醇废水的菌种资源,也可为今后的进一步应用研究提供科学依据.      

木质素降解酶研究进展与外生菌根真菌

综述了木质素降解酶系统的组成、分子生物学研究和主要影响因子的研究进展,以及国内外在外生菌根真菌产木质素降解酶方面的研究,阐述了其在有机污染土壤修复中的优势。木质素降解酶系统能够降解多环芳烃、氯代芳烃、硝基有机物和染料等多种环境污染物。许多外生菌根真菌都具有木质素降解酶系统。     

锰过氧化物酶(MnP)对农药毒死蜱降解的初步研究

以广泛使用的有机磷杀虫剂毒死蜱为研究对象,利用白腐菌P.sordida YK-624菌株所产锰过氧化物酶(MnP)对其进行生物降解的初步研究。首先比较确定了MnP降解毒死蜱所需要的降解体系,即对于毒死蜱的降解,需要在有机酸(丙二酸)存在的缓冲体系中进行,此体系不需要表面活性剂Tween 80,但必须含有Mn2+和葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖产生的H2O2。随后对主要影响因素的试验结果表明,MnP降解毒死蜱较好的条件是在pH 4.5的丙二酸缓冲体系中含7.5 mmol/L MnSO4、2.5 mmol/L葡萄糖以及40 U葡萄糖氧化酶,温度30℃。此时,400 U/L的MnP可将30 mg/L的毒死蜱经3 d时间降解77.51%。同时,利用GC-MS对毒死蜱酶降解后的产物进行了初步分析,得到1种可能的酶解产物O,O,O’,O’-四乙基二硫代焦磷酸酯,不同于水解和细菌降解途径,值得进行进一步研究。     

Influence of glucose feeding on the ligninolytic enzyme production of the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium

The present work studied the influence of glucose feeding on the ligninolytic enzyme production of Phanerochaete chrysosporium in a nitrogen-limited (C/N ratio is 56/8.8 mmol/L) medium. Several sets of shaking flask experiments were conducted. The results showed that 2 g/L glucose feeding on the first day of the culture (24 h after the inoculation) simulated both fungal biomass growth and enzyme production. The manganese peroxidase (MnP) activity was 2.5 times greater than that produced in cultures without glucose feeding. Furthermore, the glucose feeding mode in fed-batch culture was also investigated. Compared to cultures with glucose feeding every 48 h, cultures with glucose feeding of 1.5 g/L (final concentration) every 24 h produced more enzymes. The peak and total yield of MnP activity were 2.7 and 3 times greater compared to the contrast culture, respectively, and the enzyme was kept stable for 4 days with an activity of over 200 U/L. Translated from Acta Scientise Circumstantiae, 2007, 27(3): 363–368 [译自: 环境科学学报]     

莠去津降解菌HB-5的最佳产酶培养基及发酵条件

从农药厂废水中分离到一株降解莠去滓的节杆菌(Arthrobacter sp.)HB-5,以从该菌中提取到的降解酶对莠去津的降解率为指标,进行最佳产酶培养基及发酵条件的优化研究,对其产酶量进行了评价.通过正交试验和均匀试验,对细菌HB-5的发酵培养基进行了优化研究.运用SAS软件进行结果分析,所获优化培养基配方为:蔗糖3.0g·L-1,莠去津0.38g·L-1,K2HPO40.5g·L-1,KH2PO41.2 g·L-1,MgSO4·7H2O 1.2g·L-1,NaCl 0.1g·L-1,微量元素溶液3.8mL·L-1.得到菌株培养的最佳优化条件为:菌株发酵液培养时间为48h.接种量为2%,发酵液初始pH值为9,250mL三角瓶中装液量为80mL经优化后,降解酶对莠去津的降解率(91.64%)比原培养基(40.67%)提高了125%.     

一种高效微生物絮凝剂产生菌的筛选及培养基优化

从某自来水处理厂的活性污泥中筛选得到了一株稳定高效的微生物絮凝剂产生菌MBF-33,所产絮凝剂对高岭土悬浮液体系有较好的絮凝作用.通过培养基优化,对高岭土的絮凝率从81.3%提高到95%.实验结果表明:(1)适宜的单一碳源为25 g·L-1葡萄糖;(2)复合碳源效果优于单一碳源,适宜的复合碳源为蔗糖5 g·L-1,葡萄糖20 g·L-1;(3)无机氮不利于该菌生长,适宜的氮源为单一有机氮,为1.5 g·L-1蛋白胨;(4)0.2 g·L-1的MgSO4有利于菌生长,但不利于絮凝剂产生.     

降解喹啉的微生物燃料电池的产电特性研究

通过构建双极室微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),对喹啉的降解及MFC的产电性能进行了研究.试验结果表明,当喹啉初始浓度为500 mg·L-1,葡萄糖与喹啉浓度之比为1:1,3:5,1:5时,MFC的最大输出电压分别为558 mV、469 mV、328 mV,运行周期分别为56.4 h、70h、82.5 h;最大功率密度分别为173 mW·m-2、122 mW·m-2、60 mW·m-2(按阳极截面积计算)或者35 W·m-3、24 W·m-3、12 W·m-3(按阳极室有效容积计算).MFC可实现对喹啉的高效降解,但葡萄糖的浓度对喹啉的降解速率有较大影响.当葡萄糖浓度分别为500 mg.L-1、300mg·L-1和100 mg·L-1时,使500 mg·L-1喹啉完全降解的时间分别为6 h、24 h和72 h.MFC闭路条件下对喹啉的降解速率高于开路厌氧条件下的喹啉降解速率约10%.MFC对喹啉的降解与产电速率之间存在差距,喹啉被快速降解至较低浓度(<5rag·L-1)后,MFC的产电性能才达到最优.MFC以用喹啉和葡萄糖作为混合燃料时,可以在实现高效降解喹啉的同时可稳定地向外输出电能,这为杂环芳烃类难降解有机物的高效低耗处理提供了新的途径.     

间甲酚对杂色云芝(Coriolus versicolor)生长及产漆酶能力的影响

分别进行了间甲酚浓度为0mg·L-1,166 7mg·L-1和275mg·L-13种情况下的杂色云芝实罐发酵试验,定时测定了3种情况下菌丝干重(DC)、淀粉消耗、间甲酚降解和酶活性随时间的变化.在无间甲酚时,菌丝干重在188h达到最大值2600mg·L-1;在120h开始出现酶活,228h达到最大值82 15U·mL-1后,呈现一个稳定态势,不因衰亡期的到来而有较大幅度的变化.在加入166 7mg·L-1间甲酚时,菌丝干重在204h方达到最大值(995mg·L-1),且较无间甲酚时低得多(降低61 73%);在180h开始出现酶活,204h达到最大值(118 36U·L-1),并高出前者44 1%,此后也呈现一个稳定的态势.在加入间甲酚浓度为275mg·L-1时,菌丝干重在372h方达到最大值(320mg·L-1),但仅是无间甲酚的12 31%,间甲酚浓度为166 7mg·L-1时的32 16%;在264h开始出现酶活,396h达到最大值(112 8U·L-1),其酶活水平与间甲酚为166 7mg·L-1情况下的水平相当,这说明间甲酚可以诱导杂色云芝达到较高的产酶水平.研究发现在上述条件下杂色云芝生长的时间统计模型3种情况下的动力学模型可以用Logistic方程来模拟,即间甲酚的加入,并不改变其生长动力学模型;杂色云芝产漆酶的动力学模型在3种情况下可以分别用一级反应动力学方程描述;3种情况下,淀粉消耗均可以用Logistic模型来描述,从3个方     

Fe和Fe2+对混合细菌产氢发酵的影响

在研究Fe粉剂量和Fe²⁺浓度对混合细菌产氢发酵的影响基础上,确定Fe和Fe²⁺促进混合细菌产氢能力的最佳阈值,并对乙醇型发酵菌群在不同Fe粉和Fe²⁺浓度下的产氢量和最大比产氢速率进行考察和对比.结果表明,Fe粉和Fe²⁺对乙醇型发酵菌群的产氢能力均有明显的促进作用.以葡萄糖为底物,投加Fe²⁺试验中,Fe²⁺浓度200mg/L获得最大产氢量143.7mL/g,较对照组提高32%;Fe²⁺浓度50mg/L获得单位VSS最大比产氢速率21.2 mL/(h·g),较对照组提高33%.投加单质Fe试验中,Fe粉剂量1000mg/L获得最大产氢量156.1mL/g,较对照组提高44%;Fe粉剂量500mg/L获得单位VSS最大比产氢速率23.5mL/(h·g),较对照组分别提高47%.单质Fe浓度高于50mg/L时,对发酵菌群产氢的促进作用要优于同浓度下的Fe²⁺.同时对混合细菌中铁的全量和形态分布进行了考察.     

黔西南高砷煤矿区钙镁离子对砷酸根联合生物毒性效应的影响研究

以隆线溞为受试生物,研究了黔西南高砷煤矿区水环境中广泛共存的Ca2+、Mg2+对砷酸根(AsO34-)的生物毒性效应的影响.结果表明,砷酸根单独存在条件下,对隆线溞24、48、72、96h的半致死浓度(LC50)分别为5.9817、5.1800、4.1884、3.2015 mg·L-1.Ca2+(20、60、100mg...     

酵母提取物对葡萄糖发酵生产生物破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1的影响

以从石油污染的土壤中筛选出1株生物破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1为对象,考察了以葡萄糖为碳源时添加酵母提取物对生物破乳菌菌体性质、破乳性能以及菌体元素组成的影响.结果表明,酵母提取物的投加能够有效提高生物破乳菌产量,在酵母提取物浓度为5 g.L-1时,生物破乳菌产量达到3.0 g.L-1,此时葡萄糖利用率亦达到最大的58%.随着酵母提取物的投加浓度的增大,培养得到的菌体破乳性能提高,在投加浓度为10 g.L-1时,破乳率达到76%;而培养得到的菌体C/N有所降低,对其菌体表面蛋白进行提取测定发现菌体总蛋白含量升高,这与FTIR分析破乳菌菌体表面蛋白质类物质提高的结论一致.推测该生物破乳菌菌体蛋白含量的提高增强了菌体的破乳性能,菌体蛋白类物质是影响其破乳性能的关键组分之一.