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芘降解菌株SE12的分离和鉴定及其降解效果研究

作　者: 张巧巧
导　师: 冉炜
学　校: 南京农业大学
专　业: 环境工程
关键词: 芘 微生物降解 分枝杆菌SE12 污染土壤修复 酶活
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


多环芳烃(PAHs)是一类重要的环境污染物,其中大部分具有致癌、致畸和致突变作用。芘(pyrene)是具四个苯环的难降解芳香烃,常作为检测PAHs污染的指示物和四个环以上稠环PAHs的代表。目前,我国部分土壤和河流沉积物已受到PAHs污染,对人体健康和环境质量构成潜在的威胁。然而,国内外大部分土壤和沉积物污染修复技术仍处于研究阶段,且仅在实验室或小规模水平上得到一定应用。有机污染物的微生物修复方法是利用微生物将有机污染物最终分解为二氧化碳和水。与物理和化学方法相比,微生物方法在修复PAHs污染土壤上具有占地少、成本低和效果持久等的优势。分离和筛选高效功能菌株仍是修复土壤或沉积物PAHs污染基本工作。过去国内外对菲等三环和三环以下PAHs降解菌研究较多,而对于芘等稠环PAHs降解菌及其生物修复报道较少。本文试图从徐州市卧牛山焦化厂周围污染土壤中分离得到芘高效降解菌并研究对土壤芘污染的降解效果。研究结果如下：1.菌株SE12是用平板升华法从污染土壤中分离得到的一株能以芘为唯一碳源和能源的高效降解菌。通过形态观察、生理生化方法及16S rDNA技术对其进行了鉴定。结果表明,本研究筛选出的芘高效降解菌属于分枝杆菌属(Mycobacterium sp)菌株(GenBank登录号为GU134623),与快速生长型非致病性南非分枝杆菌(Maustroafricanum ATCC 33464)的同源性达到98%。利用双加氧酶基因的同源序列引物对nidAF/nidAR和nidBF/nidBR扩增出了该菌株编码双加氧酶大亚基和小亚基的基因片段,它们与已知降解芘的分枝杆菌的双加氧酶基因具有高度同源性(SE12 nidA和nidB的登录号分别为GU586859和GU586860)。2.菌株SE12在液体培养条件下对芘的降解效果十分显著。在芘初始浓度为50,100和200 mg·L-1的无机盐培养基中培养15天,芘的降解率分别达到86.4%,96.4%与79.6%。SE12能将初始浓度100mg·L-1的芘在15天几乎完全降解,但是当初始浓度低于或者高于100 mg·L-1时降解率都有所降低。菌株在pH 5-10范围内均能对100mg·L-1的芘产生一定程度的降解,然而,pH值为9时降解效果最好,降解率达到97.1%。菌SE12对温度的适应范围较广,体系环境在25-40℃范围内,菌体数量均大于1×107ce11·mL-1。体系中SE12的活菌数变化与芘的降解率变化趋势是一致的。而当培养温度低于25℃或高于40℃时,芘的降解率有明显下降的趋势。此外,不同有机碳源和氮源对SE12的活菌数影响较大,而对芘降解率影响较小。3.菌株SE12在土壤环境中对芘具有很强的降解能力。土壤中加入芘的初始浓度为10 mg·kg-1与200 mg·kg-1时,接入降解菌SE12,培养28 d后,预先灭菌土壤中芘的含量分别降低至65.1%与96.7%,而未灭菌土壤中芘的含量分别降低至76%与98.7%。4.土壤加入芘和接种菌株SE12对不同土壤酶的活性影响程度有差异。土壤中加入芘和接入菌株SE12培养0d、3d、7d、14d和28d的土壤酶活性测定结果表明,土壤中的脱氢酶、多酚氧化酶与蔗糖酶的活性持续提高,而土壤过氧化氢酶活性培养期间没有显著变化。土壤脲酶活性在前两周呈不断提高,随后下降到初始水平。5、土壤加入芘和接种菌株SE12后,土壤DOM类蛋白物质含量增加。三维荧光光谱特征分析结果表明,加入芘和接种菌株SE12后,土壤水溶性有机物(DOM)中蛋白类物质荧光峰显著增强,表明土壤中有较强的微生物量变化。结论：本文研究表明,菌株SE12在培养液和土壤中都能有效降解芘,在多环芳烃污染修复工程中具有应用前景,今后应进一步研究SE12在原位污染现场生物修复中的表现。

全文目录


摘要  7-9ABSTRACT  9-12第一章 多环芳烃污染土壤的修复技术研究进展  12-28  1 多环芳烃(PAHs)的概述、来源、危害与污染现状  12-16    1.1 多环芳烃(PAHs)的概述  12    1.2 多环芳烃(PAHs)的来源  12-13    1.3 多环芳烃(PAHs)的危害  13-15    1.4 土壤(沉积物)多环芳烃(PAHs)的污染现状  15-16  2 多环芳烃污染土壤(PAHs)的修复方法  16-19    2.1 多环芳烃污染土壤的植物修复  17-18    2.2 多环芳烃污染土壤的微生物修复  18-19      2.2.1 物理化学强化措施  18-19      2.2.2 其他生物修复手段的补充  19  3 芘(Pyrene)的结构与性质  19-20  4 本论文研究的内容与意义  20-21  5 技术路线  21-23  参考文献  23-28第二章 芘高效降解菌的分离、筛选与鉴定  28-44  1 材料与方法  29-31    1.1 试验材料  29      1.1.1 土壤样品来源及培养基的选择  29      1.1.2 主要化学试剂及仪器  29    1.2 试验方法  29-31      1.2.1 降解菌的分离  29-30      1.2.2 降解菌的筛选  30      1.2.3 菌株的鉴定  30-31      1.2.4 芘降解菌SE12降解基因序列分析  31    1.3 数据处理  31  2 结果与分析  31-40    2.1 降解菌分离与筛选  31-32    2.2 液体培养条件下降解菌的生长情况  32-33    2.3 菌株的鉴定  33-36    2.4 芘降解菌SE12降解基因序列分析  36-40  3 讨论  40  4 小结  40-42  参考文献  42-44第三章 降解菌对芘降解条件的优化及降解效率的研究  44-54  1 材料与方法  45-46    1.1 实验菌种  45    1.2 主要化学试剂及仪器  45    1.3 实验方法  45-46      1.3.1 芘降解菌液体摇瓶降解效率  45      1.3.2 环境条件对SE12降解芘的影响试验  45-46        (1) 芘初始浓度对SE12降解芘的影响  45        (2) pH值对SE12降解芘的影响  45        (3) 温度对SE12降解芘的影响  45-46        (4) 不同共代谢底物对芘降解的影响  46      1.3.3 芘的提取和分析  46    1.4 数据处理  46  2 结果与分析  46-50    2.1 不同芘起始浓度对体系中芘的降解效果的影响  46-47    2.2 不同pH条件对体系中芘的降解效果的影响  47-48    2.3 不同体系温度对芘降解效果的影响  48-49    2.4 不同共代谢底物对芘降解的影响  49-50  3 讨论  50-51  4 结论  51-52  参考文献  52-54第四章 土壤芘生物降解过程及土壤生物学性质  54-74  1 材料与方法  55-58    1.1 供试材料  55-56    1.2 实验设计  56-57    1.3 测定方法  57-58      1.3.1 芘的提取与测定  57      1.3.2 土壤酶活性的测定  57-58      1.3.3 土壤中DOM的三维荧光光谱分析  58    1.4 数据处理  58  2 结果与分析  58-69    2.1 降解菌SE12土壤环境中对芘的降解效率  58-60    2.2 土壤芘降解过程中土壤各种酶活性的变化  60-65      2.2.1 芘降解过程对土壤脱氢酶活性的影响  60-61      2.2.2 芘降解过程对土壤脲酶活性的影响  61-62      2.2.3 芘降解过程对土壤过氧化氢酶活性的影响  62-63      2.2.4 芘降解过程对土壤多酚氧化酶活性的影响  63-64      2.2.5 芘降解过程对土壤蔗糖酶活性的影响  64-65    2.3 土壤芘生物降解过程中土壤DOM的三维荧光光谱特征  65-69  3 讨论  69-70  4 小结  70-71  参考文献  71-74全文结论  74-76攻读硕士学位期间发表的论文  76-78致谢  78

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境生物学 > 环境微生物学
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