白囊耙齿菌ZK1对溶液及生物炭吸附17β-雌二醇的降解研究

发布时间：2020-07-15 01:36

【摘要】：畜禽养殖业的快速发展导致大量的畜禽粪便集中堆放和无序处理,使得其中的类固醇激素进入周围环境,造成土壤和水体的类固醇激素,其中17β-雌二醇(E2)为主要的污染物。另外,生物炭比表面积大,吸附能力强,在土壤改良和畜禽粪便堆肥过程中往往作为调理剂使用,而这些生物炭对雌激素有较强的吸附作用。因此本文研究了一株白囊耙齿菌ZK1对溶液中及生物炭吸附E2的降解,但在研究过程中发现菌株ZK1可降解生物炭并溶出重金属铜锌,因此本文也同时研究了菌株ZK1对生物炭的降解,结果如下:(1)菌株ZK1能以E2为唯一碳源进行生长,降解E2的温度和pH适应范围较宽,最佳温度和pH分别为35℃和6.10。菌株ZK1以NH_4~+和NO_3~-为唯一氮源培养7d后对E2的降解率分别为77.6%和65.4%。葡萄糖为共存碳源时可将E2的降解率提高20.7%。菌株ZK1对低浓度的E2具有较高的降解能力,随着浓度的增加,降解率逐渐下降,增加至20mg/kg时,E2的降解率降低至81.4%。菌株ZK1在降解E2的过程中积累中间代谢产物雌酮(E1),随着时间的延长菌株ZK1会同时降解E1和E2。(2)生物炭对雌激素有较强的吸附能力,8h后达到平衡。菌株ZK1对生物吸附E2的降解受到E2吸附量的影响,当吸附量较低时,菌株对E2的降解能力下降,随着吸附量的增加,菌株ZK1对E2的降解能力逐渐提高,当溶液中E2初始浓度为5mg/L和20mg/L时,生物炭吸附可抑制菌株ZK1对E2的降解,导致E2降解率下降26%和12.05%,当浓度为50mg/L时,生物炭能够促进菌株ZK1对E2的降解,降解率增加了6%。同时,在E2浓度为50mg/L,加入生物炭后,再加入葡萄糖,可以将E2的的降解率提高7.5%。(3)扫描电镜和红外光谱分析表明菌株ZK1的菌丝可进入生物炭的孔隙中对芳香烃类和醚类化合物进行降解。另外,菌株ZK1可以将生物炭中的有机结合态和残渣态的铜和锌转化为交换态和铁锰结合态,从而增加生物炭中有效态铜和锌的含量。而在生物炭中分别添加葡萄糖和羧甲基纤维素钠,与原炭相比,葡萄糖和羧甲基纤维素钠并不能促进菌株ZK1对生物炭中有效态铜和锌的增加。菌株ZK1可利用葡萄糖发酵产酸,发酵液的最低pH值可达3.9,有机酸为主要苹果酸、柠檬酸、乙酸和草酸,浓度分别为329.98、206.64、274.72和50.4mg/L。pH为3.9的发酵液可将生物炭中的交换态、铁锰结合态、残渣态铜和锌浸提出来,浸提出来的铜和锌分别占总量的8.32%和9.21%。通过用相同pH的发酵液、硝酸溶液以及将发酵液中和后的三种溶液浸洗生物炭,发现三种溶液中都可以浸提出铜锌,因此发酵液既可以通过酸根淋洗出生物炭中的铜锌,同时也可以通过有机酸根螯合生物炭中铜锌。以上研究结果表明,白囊耙齿菌ZK1对E2有较强的降解能力,并且对温度、pH、碳源和氮源有较强的适应能力,不仅可以对溶液中的E2进行降解,对生物炭吸附的E2也可进行降解。同时菌株ZK1还可以降解低温制备的鸡粪生物炭,并且通过产酶和发酵产酸活化铜和锌的形态,增加有效态铜和锌的释放,因此在利用菌株ZK1进行雌激素污染环境修复时应该使用高温制备的不含重金属的生物炭,以减少带来的重金属污染风险。
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X713
【图文】：

高效液相色谱,高效液相色谱,菌株,降解能力

有很强的降解能力，菌株在前两天对 E2 降解缓慢，从第三天起速速明显加速，到第九天左右，溶液中几乎检测不到 E2 的存在，其浓度为 0.09mg/L。而且从图 3.2 中的液相色谱图可以确定白囊耙齿菌能够高效快速的降解液体中E2，且图3.2中在5.5min左右峰为E2。图 3.1 菌株 ZK1 对 E2 的降解Fig. 3.1 Degradation of E2 by the strain ZK10.01.02.03.04.05.06.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10度（浓g/l)mtoncenCration时间/dTime对照E2

菌株,适应范围,降解率

图 3.3 菌株 ZK1 在不同温度下对 E2 的降解. 3.3 Degradation rate of E2 by strain ZK1 at different temperat株 ZK1 降解 E2 的影响同 pH 值的无机盐培养基中对 E2 的降解如图 3.4 所对 E2 的降解率最高，为 97.2%。随着 pH 的升高和呈现不同程度的降低，当 pH 为 4.01 和 9.1 时菌株 Z.6 %。表明菌株 ZK1 具有较宽的 pH 适应范围，在02020 25 30 35 40温度/℃Temperature

光谱图,PDA培养基,菌株,生物炭

图 13 菌株 ZK1 在 PDA 培养基中对生物炭的降解Fig. 13 Biodegradation of carbon by strain ZK1 in PDA medium3.4.2 红外与电镜扫面生物炭、菌降解炭和菌株 ZK1将原炭、白囊耙齿菌菌丝和菌降炭进行电镜扫面和红外扫描，如图 3.14 的扫描电镜图所示，生物炭表面复杂多孔，因此增加了其比面积，进而增强了其吸附能力；菌株 ZK其菌丝细滑丝长，而且没有发现孢子的存在；同时通过观察对比发现，菌处理后的生物炭表面有破碎现象，而且菌丝可以嵌入生物炭孔隙中生长，其孔隙中附着大量的白囊耙齿菌菌丝。通过图 3.15 可以看出，当对比三种物质的红外扫描图光谱图时，可以发现菌降解炭中消失的官能团主要是醚键和芳香类官能团，而在菌丝中也没有该峰，但在原炭却存在该峰的官能团，从而进一步说明白囊耙齿菌可以降解生物炭中的芳香类和醚类化合物。因此，通过电镜跟红外扫描图可以说明，菌株 ZK1 可以作用于生物炭，并且可以利用生物炭中的物质进行生长发育。

【参考文献】