降解苯酚高效菌的选育及降解动力学研究

作     者：王少峰 

作者单位：安徽大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石先阳

授予年度：2013年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：苯酚降解菌 生长条件 动力学 降解途径 

摘      要：苯酚是工业废水中常见的一种水溶性有机污染物。主要来源于树脂制造、炼油、制药、焦碳等工业过程,含酚废水的排放会污染水质,造成生物体中蛋白质变性,引起细胞中毒或死亡,破坏水生生态系统,严重危害人类健康,被许多国家列为优先控制污染物。 本文从学校实验楼下的土壤中筛选出了两株高效苯酚降解菌,分别命名为DB-1和DB-2。针对含酚废水的特性,’分析了影响其降解苯酚的关键因子,优化了苯酚降解菌的降解条件,并采用动力学方法研究了苯酚的降解过程,同时对菌株DB-1降解苯酚的途径进行了探讨。得出以下结论： （1）两株菌DB-1和DB-2可以苯酚作为唯一碳源,革兰氏染色均为阳性。经分子生物学鉴定两株菌均为芽孢杆菌属,DB-1为蜡样芽孢杆菌,DB-2为枯草芽孢杆菌。 （2）热力学分析表明：温度为35℃时DB-1降解苯酚的效率最高,活化能Ea为73.778KJ/mol。温度为40℃时菌DB-2降解苯酚的效率最高,活化能Ea为65.614KJ/mol。pH模型分析表明：pH为5.69,菌DB-1降解苯酚的最大平均速率达到34.10mg/h,pH为5.74时,菌DB-1对苯酚最大降解率达到83.53%。pH为7.04,菌DB-2降解苯酚的最大平均速率达到16.14mg/h,对苯酚最大降解率达到61.77%。 （3）初始苯酚浓度在1400mg/L以下时,菌株DB-1经48h可实现对其完全降解;当苯酚浓度为1600mg/L时,降解效率达到62.5%,其中当苯酚初始浓度为1200mg/L时,DB-1降解速率最大,为31.87mg/h。初始苯酚浓度在1000mg/L时,菌DB-2经48h降解效率达到77.5%,降解速率也达到最大,为16.17mg/h。 （4）当以乙酸钠或葡萄糖作为第二碳源时,DB-1和DB-2对苯酚的降解率分别由83.75%、55.26%提高到89.39%、92.80%和63.59%、72.63%：以蔗糖为第二碳源时,两株菌的降解效果均出现了下降,分别降低到57.36%、30.696%。以氯化铵作为外加氮源时,对苯酚的降解效率最高,分别达到83.75%、55.26%,以硝酸铵和硫酸铵作为氮源时,菌株对苯酚的降解效率分别为71.15%、57.88%和41.16%、32.14%。 （5）采用Monod和Haldane方程进行动力力学分析,经拟合得到菌株DB-1在低浓度时动力学参数分别为μmax=0.239h-1,Vmax=1.35h-1,Ks=48.91mg/L;在高浓度时,动力学参数分别为μmax=0.53h-1,Vmax=1.17h-1,Ks=180.1mg/L, Ki=306.48mg/L. （6）利用苯酚羟化酶基因（Lph）特异性引物进行PCR扩增,结果呈阳性,对DB-1菌株扩增出的同源片段进行分析,该序列与已登录的（Pseudomonas sp. DHS3Y）同源性达到88%,（GenBank登记号为GQ281096.1）。进一步利用C120基因和C230基因特异性引物对DB-1总DNA进行PCR扩增,结果C120结果呈阳性,C230基因扩增结果呈阴性。采用BLAST程序对扩增到的C120同源片段进行对比,发现该片段与GenBank中已登录的（Pseudomonas putida）邻苯二酚1,2双加氧酶具有92%的同源性（GenBank登记号为AY029000.1）。结果表明DB-1在利用苯酚时,是先通过苯酚羟化酶氧化为邻苯二酚后,进而在邻苯二酚1,2双加氧酶（C120）的作用下进行开环裂解的。