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长链烷烃降解菌在石油开采和环境整治方面有重要应用价值。本文从烃降解菌对长链烷烃的摄烃模式、影响因素、摄取和降解选择性以及降解基因等方面研究了长链烷烃降解菌的摄取机制。
(1)从14株烃降解菌中,筛选出Mycobacteriumfortuitum514、Pseudomonasaeruginosa1785和Pseudomonasmarginata766三株长链烷烃降解菌。这3株菌均能降解固体石蜡中链长从二十碳到三十碳的烷烃,但辛烷不能维持这些烃降解菌的生长,说明这三株菌具有不同于PseudomonasputidaGPo1的烃氧化酶系。经7d的培养,三株菌对模式化合物二十烷的降解率分别达到56%,78%和81%,显示了较好的降解能力。虽然M.fortuitum514不产胞外表面活性剂,而P.aeruginosa1785和P.marginata766能够产表面活性剂,但三者在以烃为碳源时都表现出较高的细胞表面疏水性,说明细胞表面特性的调整对于烃的摄取是必须的。
(2)烷烃的界面面积和表面活性剂的存在对长链烷烃的摄取和降解产生重要影响。烃与水相的界面面积增大能显著提高烃降解菌的生长速度,是影响烃降解效率和细胞生长效率的重要因素。对于以界面接触模式摄取烷烃的菌株M.fortuitum514,表面活性剂的加入对其生长产生多样的影响。而对于能够产生物表面活性剂的菌株P.aeruginosa1785,鼠李糖脂可显著增强细胞以二十烷为碳源的生长效果;然而,鼠李糖脂在细胞生长的延迟期起到抑制作用。
(3)菌株P.aeruginosa1785可以采用运动接触模式摄取长链烷烃。通过监测细胞表面疏水性的变化以及胞外表面活性剂,结合固定界面培养试验,发现菌株P.aeruginosa1785不能摄取并利用被鼠李糖脂增溶的烷烃,而且细胞表面疏水性从开始的急剧升高到后来的不断下降。据此认为菌株P.aeruginosa1785在以长链烷烃为唯一碳源生长的过程中,最初阶段采用界面接触模式获取烃,随后采取了一种运动接触方式摄取烷烃。根据以上认识,建立了菌株P.aeruginosa1785以二十烷为碳源的生长动力学模型。该模型对烃降解菌在体相和界面上的分布提供了合理的解释,并能符合试验数据,为运动摄取模式提供了有力的支持。
(4)烃的跨膜传输和烃的细胞内氧化是两个选择性步骤,共同影响了烃降解菌的底物范围和底物偏好性。长链烷烃降解菌P.marginata766可降解固体石蜡中的主要组分,但优先降解链长较短的组分,表现出对混和烃的选择性降解。以乳化烷烃实施跨膜传输试验,发现在18h内细胞中的烃含量持续增加。虽然对于各单组分烃,跨膜传输效率没有很大差异,但是在混合烃的竞争性传输试验中,膜表现出显著的选择性。以分离度衡量膜对四种链长不等烷烃的选择性,发现十六烷,十七烷,二十烷和二十一烷的分离系数分别为1.468,1.121,0.886和0.466,该选择性次序与菌株1.766对混合烃的降解次序相符,说明烃的跨膜传输是决定菌株底物偏好性的重要因素。基于NADH浓度变化,建立了测定烃羟化酶活性的方法,并应用该方法测定了酶的底物特异性。结果表明,结合烃的跨膜传输和胞内氧化可解释菌株P.marginata766的降解偏好性。
(5)分离并鉴定了P.aeruginosa1785和P.marginata766的alkB片段。根据烃羟化酶的保守基序,设计了兼并引物。以该引物扩增长链烷烃降解菌P.aeruginosa1785和P.marginata766的alkB片段,获得了目标产物。经DNA测序和氨基酸序列分析,证实目标产物编码的肽段含有烃羟化酶的特征基序。因此,可确认采用该方法成功分离了长链烷烃降解基因的alkB同源体片段。DNA序列比对表明,P.aeruginosa1785和P.marginata766的alkB片段与P.aeruginosaPAO1的alkB1和alkB2的相似性分别达到95.7%和94.8%,说明这些烃降解菌的alkB同源体具有相同的来源。