芳香烃类化合物降解嗜盐菌的筛选及其降解特性研究

发布时间：2020-04-12 17:44

【摘要】：硝基苯和3,4-二氯苯胺作为典型的芳香烃类化合物广泛应用于有机化工业,如燃料、合成树脂、医药和农药的生产。此类化合物通过运输、化工业泄漏、化工废液排放和农药分解等方式进入环境。含有高盐的化工废液造成的污染尤为难以处理,从而成为当前全世界环境科学与环境工程领域研究的热点与难点。本学位论文针对国内外嗜盐芳香烃类降解菌研究较少和存在的问题展开研究,以常见的硝基苯(NB)、3,4-二氯苯胺(DCA)等芳香烃类化合物作为目标污染物,以重庆森林土壤、农田土壤和河南化工厂活性污泥作为菌种源筛选降解嗜盐菌,尝试寻找更多的菌株源,解决嗜盐降解菌株难获得的难题。通过形态观察,生理生化和16SrDNA序列分析进行菌种鉴定。以单因素分析嗜盐微生物降解特性,得出其降解芳香烃类化合物的最适条件;通过二次线性回归法得出降解动力学方程,进一步分析高盐和其他化合物存在对降解率的影响。进而通过构建Myroides odoratmimus和Bacillus licheniformis的复合菌群,加速高盐工业废水中芳香烃类混合化合物降解速度。研究旨在从理论上揭示高盐条件下嗜盐菌和菌群降解芳香烃化合物的规律,在应用上为解决嗜盐菌群对工业废水的降解修复提供思路。本学位论文在全面综述国内外高盐度芳香烃废水研究进展的基础上,在下列五个方面进行了系统研究,主要研究成果如下:(1)采用富集培养筛选出2株嗜盐降解菌:1菌株Y6来自受农药污染的土壤,为能以3,4-二氯苯胺为单一碳源和氮源的好氧革兰氏阳性菌,同时可以降解硝基苯;另1株菌株YX2来自化工厂的活性污泥,能降解硝基苯,为革兰氏阳性杆菌。通过它们与各自相近微生物物种构建系统发育进化树,结合生理生化特性,鉴定菌株Y6为拟香味菌株(M.odoratimimus),菌株YX2为地衣芽孢杆菌(B.licheniformis)。(2)通过分析pH、温度和DCA浓度等因素表明,菌株Y6(M.odoratimimus)具有很好的降解的能力,降解高浓度DCA不需经过延长停滞期。菌株降解DCA符合 Andrews 方程(qmax=1.74 h-1,Ks=43.5 mg·L-1 和K=230.3 mg·L-1)。在 5%NaCl(w/w,%),菌株降解能力最强。在5%NaCl和初始浓度30、100和200 mg·L-1 DCA条件下,有100%、79%和37%的DCA可被菌株Y6降解。甚至在10%NaCl(w/w,%)、降解初始浓度为30、100和200 mg·L-1 DCA条件下,120 h后降解率为76.0%,52.3%和15.3%。此为首次关于菌株在高盐条件下降解DCA的研究,表明菌株Y6具有修复高盐DCA污水的潜力。(3)菌株Y6(M.odoratimimus)同时为耐盐硝基苯降解菌,菌株降解硝基苯途径为好氧部分还原途径。首次建立了盐浓度与化合物降解的动力学方程:Y=AiX2+BiX+Ci(Ai≈0.3,Bi≈0.6)。利用高效液相色谱法测定硝基苯含量,分析高盐条件下温度、pH、硝基苯初始浓度、接种量和共代谢物等因素对菌Y6降解硝基苯特性的影响。结果表明,降解最佳条件为:pH值为6、温度为28℃、接种量为D600=1和NaCl为7%。在最佳降解条件下,菌株在168 h内对100和200 mg·L-1硝基苯的降解率分别为97.5%和65.7%。添加葡萄糖、淀粉和丙三醇对硝基苯降解均有促进作用,加入800 mg·L-1葡萄糖,其降解率高达93.3%(168 h、200mg·L-1硝基苯)。菌株Y6可用于硝基苯高盐工业废水的生物修复,这是关于耐盐拟香味菌降解硝基首次报道。(4)菌株YX2(B.licheiformis)能以硝基苯为单一碳源和氮源进行代谢,但高浓度硝基苯对菌株生长有一定的抑制作用。在MSM体系,降解初始浓度为200mg·L-1硝基苯,72 h降解率只有33.1%。选择了 11类常见共代谢物对菌株降解硝基苯影响进行研究,结果表明,绝大多数共代谢物对菌株降解硝基苯影响不大,只有在LB体系中菌株YX2降解硝基苯能力最强。在硝基苯初始浓度分别为50、100、200和600 mg·L-1的条件下,菌株完全降解硝基苯分别需要36、36、72和156 h(LB体系)。研究其他苯类化合物共存时对硝基苯降解率影响的结果表明:在LB体系下,高浓度的苯、苯酚和苯胺对降解率的影响不大。初始浓度为500 mg·L-1的苯酚、苯胺和苯分别与初始浓度为200 mg·L-1硝基苯组成混合化合物,菌株YX2对硝基苯降解均大于99%(72 h);当硝基苯初始浓度高至500 mg·L-1,菌株对硝基苯的降解均大于80%(120h)。分析盐浓度对降解率的影响,在LB体系下,在硝基苯初始浓度分别为200 mg·L-1和600 mg·L-1和5%NaCl的条件下,菌株完全降解硝基苯需要72 h和168 h。NaCl浓度达到7%,菌株完全降解初始浓度为600 mg·L-1硝基苯需要192 h。结果表明菌株YX2是目前已报道的高盐条件下降解效果最好的硝基苯嗜盐菌。因此,菌株YX2对修复含有硝基苯的高盐工业废水具有很好的应用前景。(5)研究2株菌株不同接种量组成的复合菌群对混合化合物(3,4一二氯苯胺和硝基苯)降解的能力。结果表明,当菌株Y6和菌株YX2接种量为6:4时,复合菌群具有较好的降解能力。低盐浓度下,当菌株Y6和YX2接种量为6:4时,复合菌群对初始浓度为200 mg·L-1的硝基苯和初始浓度为30 mg·L-1的3,4-二氯苯胺降解分别达到98.9%和90.5%(72 h)。硝基苯和3,4-二氯苯胺初始浓度分别增加至600 mg·L-1和100 mg·L-1,120 h后降解率均大于70%。随着盐浓度的升高,最佳混合菌群依然显示较强的降解能力。在5%NaCl条件下,菌群完全降解初始浓度600 mgL-1硝基苯和100 mgL-1的3,4-二氯苯胺混合化合物需216 h。通过对嗜盐降解芳香烃类菌的新菌源的筛选和降解特性研究,表明嗜盐菌株YX2和Y6具有很好的修复含有芳香烃类的工业高盐废水的前景。
【图文】：

扫描电镜照片,菌落形态,扫描电镜照片,菌株

４－二氯苯胺降解嗜盐菌的筛选和特性研究逡逑ＨＴ逦１逡逑■逦Ａ逡逑图２．邋３菌Ｙ１的菌落形态和扫描电镜照片逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋Ｃｌｏｎｅ邋ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ邋ｏｆ邋Ｙ１邋ａｎｄ邋ｓｃａｎｎｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋Ｙ１逡逑菌株Ｙ２采自重庆北碚农田土壤，此菌株在单菌落形成时分离获得，菌株为逡逑好氧菌株。Ｙ２为淡黄色透明菌落形态，表面光泽，边缘絮状，菌落大小为３？４邋ｍｍ，逡逑易挑起；在电子显微镜下观察为球状，成团或单个生长，外有包衣装物，如图２．４逡逑所示。其降解率为２２％，可作为发现新颖３，４－二氯苯胺降解菌的潜在资源。以后逡逑还需要进一步研究嗜盐细菌中这些具有生物活性物质的化学成分结构和作用机理，逡逑为其应用做好基础性的工作。逦？逡逑图２．邋４菌Ｙ２的菌落形态和扫描电镜照片逡逑Ｆｉｇ．邋２．４邋Ｃｌｏｎｅ邋ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ邋ｏｆ邋Ｙ２邋ａｎｄ邋ｓｃａｎｎｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋Ｙ２逡逑菌株Ｙ３采自重庆北碚农田土壤，此菌株是好氧细菌，生长初期单菌落时分逡逑离获得。菌株Ｙ３为圆形的菌落形态，生长较为缓慢，金黄色，在阳光下表面有逡逑光泽

扫描电镜照片,菌落形态,扫描电镜照片,菌株

菌株Ｙ２采自重庆北碚农田土壤，此菌株在单菌落形成时分离获得，菌株为逡逑好氧菌株。Ｙ２为淡黄色透明菌落形态，表面光泽，边缘絮状，菌落大小为３？４邋ｍｍ，逡逑易挑起；在电子显微镜下观察为球状，成团或单个生长，外有包衣装物，如图２．４逡逑所示。其降解率为２２％，可作为发现新颖３，４－二氯苯胺降解菌的潜在资源。以后逡逑还需要进一步研究嗜盐细菌中这些具有生物活性物质的化学成分结构和作用机理，逡逑为其应用做好基础性的工作。逦？逡逑图２．邋４菌Ｙ２的菌落形态和扫描电镜照片逡逑Ｆｉｇ．邋２．４邋Ｃｌｏｎｅ邋ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ邋ｏｆ邋Ｙ２邋ａｎｄ邋ｓｃａｎｎｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋Ｙ２逡逑菌株Ｙ３采自重庆北碚农田土壤，此菌株是好氧细菌，生长初期单菌落时分逡逑离获得。菌株Ｙ３为圆形的菌落形态，生长较为缓慢，金黄色，在阳光下表面有逡逑光泽，边缘整齐，中间微凸，菌落大小为４？５ｍｍ，，不易挑起；在电子显微镜下逡逑１７逡逑
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703;X172

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