硝基苯降解菌的分离及其酶促降解特性研究

发布时间：2020-07-29 17:24

【摘要】：硝基苯作为一种重要的化工基础原料,生产量巨大,并且逐年递增。它是一种剧毒性的环境有机污染物,排入水体后,可对生态环境造成危害,破坏水资源,通过饮用水或食物链进入人体,可对人类造成多种疾病。因其具有“三致”特性,已被许多国家列为“环境优先控制污染物”名单。生物技术的发展为有效利用生物酶进行有机污染物的处理技术提供了技术保障。微生物及其生物酶的专一性、高效性、低成本等诸多优点,为利用微生物及其生物酶降解硝基苯提供了全新的思路和方法。本文以渭河沉积物中的微生物为研究对象,以硝基苯作为目标污染物,通过富集、驯化、分离,筛选出一株硝基苯优势降解菌,采用微生物生理生化鉴定方法,结合《常见细菌系统鉴定手册》和《伯杰氏细菌鉴定手册》初步鉴定该菌株为不动杆菌属;以硝基苯初始浓度、pH值、温度为影响因子探讨硝基苯优势降解菌降解特性的最适条件,结果表明,当硝基苯初始浓度为50mg/L、pH值为7.0、温度为30℃时,菌株对硝基苯的降解率达到最优,为99.68%;通过盐析法提取该硝基苯优势降解菌株的胞内酶和胞外酶,并对硝基苯进行降解特性研究,结果表明,该菌株胞内酶对硝基苯的降解起主要作用,胞外酶起辅助作用;以硝基苯初始浓度、pH值、温度、金属离子为影响因素,以该菌株的胞内酶、胞外酶及胞内+外酶为研究对象,探讨该硝基苯优势降解菌株酶促降解最优条件,结果表明,胞内酶、胞外酶和胞内+外酶具有共同的降解特性,当硝基苯初始浓度为50mg/L、pH值为7.0、温度为30℃时,该菌株的酶促降解率达到最佳;通过金属离子对酶活性的影响研究表明,金属离子Fe~(3+)和Cu~(2+)会抑制酶的活性,而金属离子Na~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)对酶促反应基本无影响,但有一定激活作用;通过研究不同硝基苯浓度的酶促反应速率发现,该硝基苯优势降解菌株的胞内酶、胞外酶和胞内+外酶降解硝基苯的过程遵守米氏方程;用双倒数作图法求出该硝基苯优势降解菌株胞内酶Vmax=1.3387mg/L·h,Km=173.73mg/L,胞外酶Vmax=0.7531mg/L·h,Km=119.54mg/L,胞内+外酶Vmax=1.5038mg/L·h,Km=160.56mg/L;通过优势降解菌株及其胞内酶、胞外酶和胞内酶加胞外酶在对硝基苯最佳降解情况下的降解产物进行定性分析表明,降解产物主要为胺基类、醇类、羧酸类、酮类、醛类等。结合本文实验结果与结论,若发生类似2005年松花江硝基苯污染事件,建议可采用本研究分离的硝基苯优势菌S-1来降解硝基苯。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X172;X52
【图文】：

对硝基苯,优势菌,途径,硝基苯

第四章硝基苯优势降解菌及其降解酶对硝基苯降解产物分析根据上述检索图谱汇总表 4-1 可得，（1）硝基苯优势降解菌对硝基苯降解的中间产物有胺基类化合物、羧酸类物质、酯类物质、酮类物质、醇类物质等，其具有代表性的中间产物有苯胺，由硝基苯上的硝基被还原成氨基，生成苯胺，与刘强[34]等人的实验一致，苯胺可直接开环生成胺类有机物如已二酰二胺，然后进一步矿化成小分子物质如 2-乙基-1-丁烯。

硝基苯,对硝基苯,亚硝基苯,胞内酶

（1）硝基苯优势降解菌对硝基苯降解的中间产物有胺基类化合物、羧酸类物质、酯类物质、酮类物质、醇类物质等，其具有代表性的中间产物有苯胺，由硝基苯上的硝基被还原成氨基，生成苯胺，与刘强[34]等人的实验一致，苯胺可直接开环生成胺类有机物如已二酰二胺，然后进一步矿化成小分子物质如 2-乙基-1-丁烯。图 4.1 优势菌对硝基苯降解的途径（2）硝基苯优势降解菌的胞内酶对硝基苯降解的中间产物有胺基类化合物、醛类物质、羧酸类物质、酯类物质和醇类物质，其具有代表性的中间产物有苯胺、亚硝基苯、肟-甲氧基苯基，硝基苯降解主要降解途径图如下图 4.2 所示。

对硝基苯,降解途径,胞外酶

图 4.3 胞外酶对硝基苯降解途径（4）硝基苯优势降解菌的胞内+外酶对硝基苯降解的中间产物有胺基类化合物、酮类物质、羧酸类物质、酯类物质和醇类物质，其具有代表性的中间产物有苯胺、肟-甲氧基苯基，分析其降解路径为：因未检测到亚硝基苯，但有肟-甲氧基苯基的生成，分析硝基苯直接被还原为肟-甲氧基苯基，再还原为苯胺，苯胺邻、对位基被取代生成 3,4-二甲基苯胺或 2-氨基-6-甲基苯甲酸，碳碳键断裂生成长链化合物并被矿化。图 4.4 胞内+外酶对硝基苯降解途径4.4 关于 2005 年松花江硝基苯污染的治理措施

【参考文献】