法式柠檬酸杆菌Citrobacter farmeri SC01对间甲酚生物降解代谢途径的研究

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间甲酚具有强烈的毒性和腐蚀性,被美国EPA列入环境优先控制污染物的黑名单,同时也是我国优先控制污染物之一。间甲酚作为一种重要的化工原料大量的使用,随着用量的增加,必然对环境造成破坏和危害。由于高浓度的间甲酚能够抑制微生物的生长,使废水处理的停留时间过长,处理效率较低,为此,我们开展以下研究。   以广东韶钢焦化厂废水处理站好氧池中的污泥为菌源,分离出能高效降解间甲酚的菌株法氏柠檬酸杆菌(Citrobacter farmeri SC01),通过以间甲酚为唯一碳源、能源生长代谢的菌株Citrobactel farmeri SC01,考察了不同温度、pH值、摇床转速、氮源等环境、营养条件下Citrobacter farmeri SC01对问甲酚降解的速率和降解过程反应液的TOC值、紫外吸收及酶活的变化。结果表明,Citrobactet farmeri SC01降解间甲酚的最适温度为35℃,培养基初始pH为6.5~8.0,摇床转速为170 r·min-1,无机氮比有机氮、氨态氮比硝态氮更利于Citrobacter farmeri SC01对间甲酚的降解;当问甲酚初始浓度在375 mg·L-1范围内,Citrobacter farmeri SC01降解间甲酚符合零级动力学方程;间甲酚初始浓度约为60 mg·L-1时在约4 h内完全降解,TOC的去除率8 h内可达到77%,之后几乎不变;Citrobacter farmeri SC01可完全降解约600 mg·L-1的间甲酚,表现出高效与强耐受能力的结合。   迄今为止的研究报道表明,间甲酚的生物降解大部分是间位或龙胆酸途径降解。对酶活的测定发现邻苯二酚1,2-双加氧酶有明显增大,初步判断Citrobacter farmeri SC01以邻位裂解的途径对间甲酚进行降解。采用HPLC(high performence liquid chromatography)、液相色谱质谱联用技术LC/MS)(Liquid chromatography-massspectrometry)、傅里叶红外光谱FT-IR(Fourier transform-infrared)和GC/MS(Gas chromatography-mass spectrometry)对一株新的间甲酚降解菌Citrobacter farmeri SC01降解间甲酚的中间代谢产物进行了分析和鉴定。结果表明,间甲酚经Citrobacter farmeri SC01的降解形成了3-羟基苯甲酸,3,4-二羟基苯甲酸、顺式粘糠酸和粘糠酸内酯等中间产物,这些都是典型的邻位代谢途径的中间物质,说明Citrobacter farmeri SC01菌株以邻位裂解途径对间甲酚进行降解。这对于间甲酚的生物降解代谢研究、代谢机理及遗传表达调控研究具有意义。
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