聚乙烯降解菌的筛选、鉴定和降解特性的研究

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聚乙烯塑料由于分子量过大、表面疏水性强烈、表面能过低以及缺乏被微生物酶系统所利用的官能团等原因导致在自然环境中生物降解速度非常缓慢,长期大量的积累就造成了“白色污染”,严重危害着我们的生态环境。为了从生物处理角度对聚乙烯废弃塑料进行降解处理,消除“白色污染”,达到完全降解的目的,筛选和培育能够降解聚乙烯类塑料制品的微生物菌株就成为了本研究的主要方向。为此,主要从以下几个方面开展了研究工作。首先,对低分子量的聚乙烯降解菌进行分离。利用填埋有聚乙烯残膜的壤土作为土壤来源,制作成10-1-10-6系列梯度稀释液,选取10-4、10-5和10-6这3种梯度的稀释液作为菌源接种在培养基A(3cm*3cm膜片1张、蛋白胨10g、石蜡油0.1mL、K2HPO40.7g、KH2PO40.7g、MgSO4·7H2O0.7g、NH4NO31.0g、NaCl0.005g、FeSO4·7H2O0.002g、ZnSO4·7H2O0.002g、MnSO4·H2O0.001g、蒸馏水1000mL、pH7.2)和培养基B(3cm*3cm膜片1张、牛肉膏3g、蛋白胨10g、石蜡油0.1mL、K2HPO40.7g、KH2PO40.7g、MgSO4·7H2O0.7g、NH4NO31.0g、NaCl0.005g、FeSO4·7H2O0.002g、ZnSO4·7H2O0.002g、MnSO4·H2O0.001g、蒸馏水1000mL、pH7.2)中进行共代谢富集培养。接着将菌液接种在以重均分子量为2,000的无任何添加物的纯聚乙烯粉末为唯一碳源和能源的基础无碳源培养基(K2HPO40.7g、KH2PO40.7g、MgSO4·7H2O0.7g、NH4NO31.0g、NaCl0.005g、FeSO4·7H2O0.002g、ZnSO4·7H2O0.002g、MnSO4·H2O0.001g、蒸馏水1000mL)中进行选择培养和驯化培养。最终分离出了7株降解菌,分别为LBX-1、LBX-2、LBX-3、LBX-4、LBX-5、LBX-6和LBX-7。其中,LBX-1、LBX-2、LBX-5和LBX-7属于放线菌门;LBX-3、LBX-4和LBX-6属于真菌门。将这7株菌接种在以重均分子量为5,000的纯聚乙烯粉末为唯一碳源和能源的基础无碳源培养基中进行二次驯化。其次,对高分子量的聚乙烯降解菌进行筛选和鉴定。将经过二次驯化后的7株低分子量聚乙烯降解菌分别接种在含重均分子量为10万和40万粉末的基础无碳源培养液中培养观察,经过40d和60d后,接种有菌株LBX-1、LBX-2和LBX-5的培养基与空白对照相比出现了浑浊现象,其中菌株LBX-1和LBX-2的培养液浑浊度较大,表明这三株菌能够对重均分子量为10万、40万等一系列高分子量聚乙烯粉末进行降解,属于高分子量聚乙烯降解菌。选出菌株LBX-1和LBX-2进行鉴定,经过形态学观察、生理生化鉴定和16SrDNA基因序列的对比,最终菌株LBX-1被鉴定为东方拟无枝酸菌(Amycolatopsis orientalis),而菌株LBX-2被鉴定为白浅灰链霉菌(Streptomyces albogriseolus)。再次,对可黏附于聚乙烯膜表面的菌株进行筛选。将活化后的7株菌接种在含光敏化剂的聚乙烯薄膜上,30℃培养14d;14d后只有菌株LBX-6在膜上生长了出来,表明菌株LBX-6具有能够克服聚乙烯表面强烈疏水性、塑料极低的表面能以及光敏化剂等添加剂对其生长进行抑制的能力,可以主动黏附在聚乙烯膜表面生长。通过对其进行形态学的初步鉴定,菌株LBX-6属于子囊菌纲(Ascomycetes)中的真子囊菌亚纲(Euascomycetes)中的曲霉目(Eurotiales)中的曲霉科(Eurotiaceae)。最后,对菌株LBX-2的降解特性进行研究。通过对粉末吸光度曲线和菌株生长曲线的制作得出,重均分子量为40万的聚乙烯粉末在600nm处具有最大的吸光值;菌株LBX-2的对数生长活跃期是在培养5d至24d这个时期。在环境因素(温度、pH、接种量和培养时间)的影响研究中,利用SSPS18.0(中文版)软件设计L2554正交试验,经过SSPS18.0(中文版)版软件对数据的方差分析,得出在温度为32℃,pH为7.3,接种量为3环以及培养时间为33d的条件下,菌株LBX-2对重均分子量为40万的无任何添加物的纯聚乙烯粉末的降解效果最好。同时在共代谢(共基质代谢)的影响研究中,乙酸钠对菌株LBX-2的聚乙烯降解促进作用最好。
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