耐碱真菌Myrothecium sp.IMER1对染料脱色的机理研究

发布时间：2020-05-22 14:37

【摘要】： 印染工业废水是当前水体主要污染源之一。由于传统理化处理技术成本高、二次污染大,亟待研制成本低、高效、环保的生物处理技术。某些真菌具有底物降解的广谱性、对高pH及底物毒性耐受能力高等特性,在印染工业废水处理中具有特殊的应用价值。探究这类真菌对染料脱色的机理及相关酶学研究,可为利用真菌处理染料废水尤其是碱性染料废水提供理论依据。以蒽醌染料RBBR为降解底物,在不同pH(5-10)下比较了实验室10株具有潜在降解特性的真菌对染料脱色的效果,结果发现菌株IMER1在碱性条件下对RBBR有很好的脱色属性。采用分子鉴定结合形态分类结果显示:其ITS序列与漆斑菌属(Myrothecium sp.)同源性达到90%以上;菌落形态、菌丝、分生孢子以及孢子梗的观察结果与漆斑菌属形态特征完全相似,因此确定此菌为Myrothecium sp,命名为Myrothecium sp.IMER1。比较了IMER1对5种不同染料的脱色结果,同时系统地研究了其对蒽醌染料RBBR的脱色机理。结果表明菌株IMER1对不同染料的脱色效果不同,依次为酸性靛蓝RBBR刚果红孔雀绿溴酚蓝,对酸性靛蓝和RBBR染料脱色效果较好。对RBBR的脱色过程研究表明,胞外胆红素氧化酶(bilirubin oxidase,BOX)活性与RBBR脱色率有良好的相关性。脱色过程的前期,以菌体的生物吸附为主,吸附率约占脱色率的71.3%,而降解率只占29%左右;中后期,以BOX降解作用为主,最终的降解率约占脱色率的90%。对菌株IMER1降解RBBR动力学研究表明,降解过程符合一级动力学方程,其反应动力学常数随染料浓度的增加而减小。将菌株IMER1发酵后的滤液经五步分离纯化,SDS和活性电泳检测纯化的蛋白为BOX酶蛋白,分子量约为64kD,纯化倍数为152.54。BOX酶学性质研究结果表明:氧化ABTS的最适温度为55°C左右,pH值在4左右;氧化胆红素的最适pH值约为7.5;Km和Vmax值表明其最适底物为胆红素。不同金属离子和有机小分子的存在影响BOX活性,Fe2+能完全抑制BOX酶活;而EDTA、乙醇、冰乙酸和甘氨酸对BOX酶活抑制作用较小。纯化的BOX酶能使5种染料发生不同程度的脱色。研究了BOX及其介体系统对RBBR的作用机理及降解途径。与对照BOX酶相比,BOX-ABTS介体体系对RBBR的脱色速率可提高11倍,最适脱色pH从5上升到8。紫外-可见光全波长扫描RBBR降解液的图谱分析结果表明,RBBR的发色基团(蒽醌环上的羰基)和助色基团(-NH3)被改变;进一步采用GC-MS和LC-MS分析结果表明RBBR降解的主要产物为邻苯二甲酸及其衍生物。BOX-ABTS介体系统对RBBR的降解动力学研究表明,其反应动力学符合假一级反应动力学。对菌株IMER1在液体和固体培养体系分泌BOX酶进行了研究。液体培养体系条件优化结果表明:当pH、温度和葡萄糖分别为5.7、28°C、8g/L时,BOX酶产量在PDB中可达到最优值0.643U/mL。且在PDB中BOX酶的生物合成模式为中期合成型。固体培养体系条件优化结果表明:当含水量、pH和温度分别为83.5%,4.6,23°C时,BOX酶产量可达到优化值13.45U/g。研究了菌株IMER1及BOX对工业碱性染料废水脱色以及工艺。结果显示菌株IMER1及BOX在中性到碱性范围内对不同浓度碱性染料废水均有较好的脱色作用。菌株的脱色机理主要是吸附和降解,高浓度的废水对菌体生长有强烈的抑制作用。ABTS介体能够缩短BOX处理染料废液的时间并提高脱色效果。在鼓泡式反应器中,菌株IMER1的麸皮固体发酵菌剂对染料酸性靛蓝、RBBR脱色效果明显,但对工业碱染料废水的脱色效果一般,有待进一步研究。
【图文】：

照片,菌株,照片,生物量

pH10 pH9 pH8 pH7 pH6 pH5图 2.3 菌株 SDK 和 IMER1 在 pH5-10 下对 RBBR 的脱色照片g. 2.3 Photos of decolorization of RBBR by SDK and IMER1 in differe株 IMER1 在不同 pH 下的生物量比较4 和 2.5 所示，IMER1 在 pH5-11 的范围下，生长良好。其中照的生物量相比没有差异，而在 pH9-11 的生物量有少许的降宽 pH 范围下生长。虽然碱性条件下其生长受到了一定的抑强的耐碱性；菌株 IMER1 既对染料如 RBBR 有较好的脱色性，，预示着 IMER1 在处理碱性染料废水中具备有优势。468/1g0ml0）

生物量,菌株,菌丝,斜面培养

图 2.5 菌株 IMER1 在不同 pH 下的生物量比较Fig. 2.5 Photos of growth of strain IMER1 in pH形态观察A 平板和斜面培养后，菌丝生长快，菌光泽，菌丝白色，质地稠密，反面为浅孢子团，孢子先从菌落中间的老龄菌丝
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X703

【参考文献】