苯酚降解菌篩選、代謝途徑研究及菌劑復(fù)配模型擬合.pdf

1、隨我國的經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益凸顯，而水污染問題因?yàn)槠溆绊懛秶鷱V，處理難度大，處理周期長等特點(diǎn)成為了一項(xiàng)重大環(huán)境問題，引起了國家、社會(huì)的高度關(guān)注。而隨工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，工業(yè)廢水的排放數(shù)量驚人，如果不經(jīng)過處理直接排放將影響諸多人群。由于它成分復(fù)雜，有害成分多并且很多屬于難降解污染物，因此工業(yè)廢水的處理方法是很多研究者和國家相關(guān)部門關(guān)注的重點(diǎn)。生物法作為一種高效、低成本、無二次污染的方法廣泛應(yīng)用在污水處理中，本試驗(yàn)針對(duì)工業(yè)廢水中的

2、主要污染物之一苯酚進(jìn)行了一系列生物法降解的探究。
　　首先利用高指紋特性的衰減全反射傅立葉變換紅外(ATR-FTIR)光譜技術(shù)聯(lián)合主成分最小偏二乘分析(PCA-PLS)建立底物濃度濃度與光譜之間的模型，從而達(dá)到利用光譜直接檢測固體培養(yǎng)基底物濃度的目的。本試驗(yàn)中利用已知底物苯酚系列濃度的固體培養(yǎng)基采集光譜建立了擬合系數(shù)99.5％，預(yù)測判定系數(shù)可以達(dá)到99.4％的模型。微生物利用固體培養(yǎng)基中苯酚為碳源將降低固體培養(yǎng)基中底物濃度，因此利

3、用該模型測定了不同微生物生長后固體培養(yǎng)基的底物濃度，計(jì)算得到苯酚的降解率。與傳統(tǒng)的液體培養(yǎng)基篩選相比，F(xiàn)TIR結(jié)合模型的方法簡化了篩選步驟，降低轉(zhuǎn)接過程中染菌風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)也達(dá)到與傳統(tǒng)篩選方法相同的篩選結(jié)果，并且FTIR方法可以推廣到檢測其它具有指紋峰的底物，具有一定的推廣性和實(shí)際應(yīng)用潛力。
　　同位素相對(duì)標(biāo)記與絕對(duì)定量(iTRAQ)技術(shù)是目前一種新興的差異蛋白組學(xué)分析方法，具有靈敏度高，標(biāo)記效果好等特點(diǎn)。本試驗(yàn)利用iTRAQ對(duì)篩選到

4、的一株在苯酚培養(yǎng)基中快速啟動(dòng)，并可以高效降解苯酚的節(jié)桿菌總蛋白進(jìn)行研究。通過結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)iTRAQ標(biāo)記檢測到了61種可信蛋白，根據(jù)其蛋白相鄰類的聚簇(Cluster oforthologous Groups of proteins，COG)功能分析基本涵蓋了微生物大部分生命活動(dòng)，有43％的蛋白質(zhì)與代謝相關(guān)，是微生物重要的生命活動(dòng)。通過差異蛋白分析可知，此株節(jié)桿菌具有很多對(duì)外界環(huán)境變化應(yīng)激的蛋白質(zhì)如通用應(yīng)激蛋白和一些蛋白伴侶，使得此株節(jié)桿

5、菌可以快速適應(yīng)以苯酚為唯一碳源的培養(yǎng)基，并快速啟動(dòng)生長。同時(shí)此株節(jié)桿菌具有完整的降解苯酚的酶系，苯酚首先羥基化成為鄰苯二酚，之后開環(huán)氧化，連接CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)進(jìn)行能量代謝及參與其它碳骨架代謝。
　　針對(duì)污水的某種底物的混菌菌劑降解系統(tǒng)相比單一菌中具有高穩(wěn)定性，高效性，而混菌搭配效果的探究卻由于菌相互之間的作用的復(fù)雜性難以預(yù)測，統(tǒng)計(jì)學(xué)建模方法可以有效解決此問題。本試驗(yàn)采用兩種不同的數(shù)學(xué)建模方法進(jìn)行擬合，一種是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，另一種

6、是支持向量機(jī)，對(duì)兩種方法建立最優(yōu)模型的參數(shù)進(jìn)行探究，并比較兩種建模方法。對(duì)于本試驗(yàn)來說，支持向量機(jī)是一種簡便且擬合精度高的方法，最優(yōu)模型可以達(dá)到88.81％的擬合精度和72.02％預(yù)測能力，而BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只能達(dá)到76.08％的擬合精度和50.73％預(yù)測能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，樣本容量的大小決定了模型預(yù)測能力，小容量的樣本采用支持向量機(jī)和采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模相比較，支持向量機(jī)對(duì)小樣本量的模型擬合能力更好。綜合以上結(jié)果，采用支持向量機(jī)擬合混菌菌