一株DEP高降解菌Pseudomonas sp.DNE-S1对DEP强化降解

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邻苯二甲酸二乙酯(Diethyl phthalate,简称DEP),一种高分子酯类有机物,主要用作增塑剂,可增大塑料可塑性、提高塑料强度,通常在制造过程中被排放到环境中,在土壤,沉积物和水中以相对高的水平被检测到,对哺乳动物及水生动物产生有毒有害作用。目前已被中国环境监测中心和美国环境保护署列为环境优先控制污染物和内分泌干扰化合物。生物修复因其降解效率快,无二次污染,绿色环保等优势逐渐成为去除环境中DEP的主要方式。本文从垃圾填埋场土壤中分离出高效降解DEP的菌株,命名为DNE-S1。首先研究其菌落形态、生理生化和分子生物学,进而研究其最适生长条件,生长降解动力学,代谢途径以及添加外源调控因子后,菌株形态,降解能力以及降解基因相对表达量变化情况。最后通过具有磁性的氧化石墨烯复合材料初步考察了菌株DNE-S1的环境应用情况,以期提高其适用范围及降解能力。详细研究成果如下:(1)通过对菌株16s-rRNA结果以及Blast同源性分析,鉴定菌株DNE-S1为假单胞属(Pseudomonas sp.)并确定其NCBI登录号为MF803832。菌株DNE-S1为革兰氏阳性菌,在无机盐固体培养基中菌落形态为稍凸起,呈淡黄色,边缘整齐,不透明。在扫描电镜下,观察到菌株形态为杆菌,长1.648μm,宽0.5μm。(2)以菌株DNE-S1的生长量OD600为考察目标,将pH,温度以及DEP浓度为变量进行单因素试验,研究表明菌株可以在广泛的酸碱条件下生长以及对高浓度DEP有较好的耐受性,在此基础上绘制三维响应面,发现菌株DNE-S1最适生长条件为pH 8.51和29.96℃。(3)在最适条件pH 8.51和29.96℃下,探究不同DEP浓度对菌株DNE-S1的影响,发现菌株DNE-S1在生长及降解方面均遵循底物抑制模型,其中DEP浓度为500 mg L-1时,降解率最高为97.8%。同时研究其代谢方式,检测到三种降解中间体,即邻苯二甲酸甲酯乙酯(EMP),邻苯二甲酸二甲酯(DMP)和邻苯二甲酸(PA),并提出了DEP的降解代谢途径。(4)通过添加四种外源调控因子Cu2+,Zn2+,Mn2+和Fe3+,发现在100μg L-1 Fe3+存在下,菌株DEP的降解率在12 h增加了14.5%。Cu2+,Zn2+,Mn2+对菌株的降解性能有抑制作用,外源调控因子的存在可能改变DNE-S1的细胞厚度,面积和体积。同时发现Fe3+通过基因邻苯二甲酸二氢二醇脱氢酶(ophB)和邻苯二甲酸酯双加氧酶铁氧还蛋白还原酶(ophA4)的过度表达促进DNE-S1对DEP的降解能力。(5)通过红外光谱,扫描电镜,X射线衍射等方式,对制备的复合材料GO@Fe3O4-CMC进行分析表征。结果表明:复合材料表面带有大量亲水基团,提高了DEP在水溶液中分散程度进而有效地提升了菌株DNE-S1的降解能力。研究表明,试验筛选出的DNE-S1具有高效降解DEP能力,并且适应范围广,为微生物修复技术提供一定的理论基础以及技术支持。
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