邻苯二甲酸二丁酯微生物降解的实验研究

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邻苯二甲酸酯(PAEs)是一类具有一般毒性和致畸、致突变性的化合物,它作为重要的化工原料被大量地用于塑料生产。塑料制品的广泛使用导致了PAEs在全球环境中无处不在,已严重威胁到人类的食品安全。研究表明PAEs在环境中的水解和光解速率都非常缓慢,生物降解是这类物质分解的主要途径,因此获得PAEs高效降解菌是提高其生物降解效率的重要环节。 本论文以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为邻苯二甲酸酯生物降解研究的模型物,主要研究内容包括:(1)DBP降解菌的驯化、筛选和分离;(2)降解菌株TS2H、TS2L的鉴定;(3)DBP的降解特性研究,以及温度、pH、外加碳源、重金属和初始底物浓度等因素对菌株TS2H的生长和DBP降解的影响,以及DBP降解菌TS2H的底物降解广谱性研究;(4)DBP降解中间产物的分析及其代谢途径的推导。 选用水-硅油双相体系来驯化DBP降解菌。结果表明筛选到的混合菌TS在40 h能降解93.8%的DBP(初始浓度40 mg/L)。通过平板涂布与划线得到纯菌株TS2H、TS2L,在48 h内对40 mg/L初始浓度DBP的降解率分别达到98.63%、74.62%。经过形态特征、生理生化以及16SrDNA序列分析,菌株TS2H、TS2L分别鉴定为乙酸钙不动杆菌属(Acinetobacter calcoaceticus))和铜绿假单胞菌属(Pseudomonas aeruginosa)。 对高效DBP降解菌TS2H降解的条件进行研究,结果表明该菌可在好氧条件下高效降解DBP,在pH=7时,150 r/min振荡培养48 h,40 mg/L DBP的降解率可达到98.64%。蛋白胨的加入能促进DBP的降解,而葡萄糖和苯甲酸钠的加入对DBP的降解均有延缓作用。重金属离子Zn<2+>、Cd<2+>和Cu<2+>对DBP降解抑制作用较小。TS2H对5 mg/L DBP在40 h后降解率可达到93%,但当DBP浓度达到300 mg/L时,降解效果明显降低。底物降解广谱性实验表明:菌株TS2H能够以一定浓度的苯和甲苯、柴油及DBP的同系物邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)为唯一碳源和能源进行生长和繁殖,但不能利用菲、芘和邻苯二甲酸。 通过气相色谱一质谱联用研究了DBP生物降解的可能途径,发现DBP首先转变成中间产物:邻苯二甲酸。推导出菌株TS2H降解DBP的途径如下:在菌株TS2H水解酶的作用下DBP首先水解成邻苯二甲酸,加氧酶作用使其转换成3、4-二羟基邻苯二甲酸或4,5-二羟基邻苯二甲酸后,进而形成原儿茶酸等双酚化合物,芳香环进一步开裂形成相应的有机酸,随后转化成丙酮酸、琥珀酸、延胡索酸等进入三羧酸循环,最终分解成为二氧化碳和水。
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