假單胞菌LH--3對2--羥基--1，4萘醌(lawsone)的降解及其固定化研究.pdf

1、2-羥基-1，4萘醌(lawsone)被廣泛應用為醫(yī)藥原料藥、橡膠防腐劑、除草劑原料、農(nóng)藥和染料中間體等。該類藥物在生產(chǎn)和使用過程中會通過動物排泄、廢水排放等途徑進入水體和土壤中。由于其具有廣譜的細胞毒性，會影響動植物生長、污染水環(huán)境，最終威脅人類健康。
　　本研究從江蘇某農(nóng)藥廠活性污泥池中分離出一株2-羥基-1，4萘醌高效降解菌LH-3。它可以利用2-羥基-1,4蔡醌為唯一碳源進行生長。利用形態(tài)觀察、生理生化特性以及16S rR

2、NA序列分析法對其進行鑒定，并對其生長降解特性、降解動力學進行研究。通過LC-MS檢測降解過程中可能的代謝產(chǎn)物，從而推測出可能的降解途徑。
　　通過往2％(wt％)海藻酸鈉(SA)中添加0.25％(wt％)生物碳(biochar，馬尾松樹干700℃高溫缺氧熱解所得)同時以0.2％接種量接種2-羥基-1，4萘醌降解菌LH-3制成聯(lián)合固定化小球，并考察其結(jié)構(gòu)性能;通過與不添加生物碳的海藻酸鈉+菌等4種不同對照處理進行比較，研究聯(lián)合固定

3、化菌對2-羥基-1，4萘醌的降解特性;通過與海藻酸鈉+菌處理作比較研究聯(lián)合固定化菌重復利用性能;通過與游離菌作比較，考察不同環(huán)境因素對聯(lián)合固定化菌降解性能的影響以及聯(lián)合固定化菌在SBR反應器中的連續(xù)降解效果，并進一步研究反應體系微生物群落變化。
　　結(jié)果表明，菌株LH-3被鑒定為臺灣假單胞菌屬。研究其生長特性發(fā)現(xiàn)，菌株在LB液體培養(yǎng)基中連續(xù)培養(yǎng)，4-12 h為菌株LH-3的對數(shù)生長期，12 h之后菌株LH-3生長進入穩(wěn)定期;菌株L

4、H-3在pH7.0-9.0，溫度25-35℃范圍內(nèi)生長較好，溫度30℃生長最好;另外，裝液量會影響溶解氧從而影響菌株生長，實驗表明較高的溶解氧量有利于菌株LH-3的生長;菌株LH-3對葡萄糖利用最好，其次是果糖;在氮源利用實驗中菌株LH-3可以很好地利用蛋白胨生長，其余氮源利用次之。
　　環(huán)境因素如pH、溫度、氯化鈉濃度和2-羥基-1，4萘醌起始濃度等對菌株LH-3降解2-羥基-1，4萘醌有明顯影響。菌株LH-3最佳降解條件為25

5、-30℃，pH7.0-9.0，種子液接種量為1％。在最佳降解條件下，菌株LH-3在9h內(nèi)將濃度200 mg·L-1的2-羥基-1，4萘醌完全降解。LH-3對2-羥基-1，4萘醌濃度耐受范圍廣，當?shù)孜锲鹗紳舛葟?0增大到500 mg·L-1時菌株LH-3均可有效降解底物，當初始濃度為600 mg·L-1時，菌株LH-3降解受到顯著抑制。在大接種量條件下，對降解過程用Monod方程進行擬合，擬合所得Vmax為179.9 hr-1，Ks為17

6、3.5 mg·L-1。
　　通過LC-MS分析，菌株LH-3降解2-羥基-1，4萘醌的代謝產(chǎn)物為鄰苯二酚、2-羥基-4-氧代苯并二氫呲喃-2-羧酸、水楊酸。菌株LH-3降解2-羥基-1，4萘醌的可能代謝途徑:2-羥基-1，4萘醌首先首先還原成1，2，4-三羥基萘，接下來萘環(huán)發(fā)生裂解生成中間產(chǎn)物4-羥基-4-（2-羥基苯基）-2-氧代丁-3-烯酸，由于烯醇不穩(wěn)定，很快發(fā)生酮-烯醇互變異構(gòu)轉(zhuǎn)變成2-羥基-4-氧代苯并二氫吡喃-2-羧酸

7、。上述產(chǎn)物通過進一步去除側(cè)鏈生成水楊酸，水楊酸通過單加氧酶生成鄰苯二酚，鄰苯二酚開環(huán)生成順式粘康酸，最終進入三羧酸循環(huán)被完全礦化。
　　實驗制備的聯(lián)合固定化小球的比表面積為22.26 m2·g-1，而普通的海藻酸鈉+菌小球比表面積為4.02 m2·g-1。聯(lián)合固定化菌降解過程中可以充分發(fā)揮生物碳吸附和微生物降解聯(lián)動作用。聯(lián)合固定化菌與游離細菌相比可耐受更高的底物濃度，適應更廣的pH值和溫度范圍，對重金屬的耐受性增強并可以多次循環(huán)利