造纸废水生化处理系统中纤维素降解菌的活性特征研究

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在造纸废水生化处理系统中,纤维素的有效降解依赖于纤维素降解菌的生理过程,纤维素酶活性直接关系到纤维素的降解效果。本文从提高酶活性的角度入手,研究造纸废水生化处理系统中纤维素降解菌的活性特征,建立环境因子-酶活性-处理效果之间的关系,对降低环境中的纤维素污染有着重要意义。对纤维素酶活性测试条件的研究结果表明,在磷酸缓冲体系中,复合酶分别与羧甲基纤维素钠、微晶纤维素、纤维二糖和滤纸条等底物作用,表征内切葡聚糖酶(EG)、外切葡聚糖酶(CBH)、纤维二糖酶(CB)和滤纸酶(FPase)活性,酶解时间分别为0.5h、0.5h、0.5h、1.0h;其中CBH较具代表性,在条件有限的情况下,可以通过测定它来了解整个复合酶系降解纤维素的能力;还原产物与DNS试剂在沸水浴中显色5min,在520nm处测试吸光度;在测试过程中,要尽量控制还原产物的浓度在0.31.0mg/ml之间。用正交实验法对影响纤维素降解菌产酶的5种单因素培养条件进行优化,结果表明,MgSO4用量等单因素对纤维素酶活性以及纤维素降解率有不同程度的促进作用;厌氧菌和好氧菌的最佳培养条件不完全一致,厌氧菌产酶及降解效果最佳的实验条件组合均为30mg/L MgSO4、30mg/L CoCl2、CNP比为400:5:1、CO(NH22:NH4Cl=1:2的混合氮源、pH=6.0;好氧菌产酶效果最佳的实验条件组合为30mg/L MgSO4、20mg/L CoCl2、CNP比为400:5:1、氮源为NH4Cl(28.7mg/L),pH=7.0,而降解效果最佳的组合为30mg/LMgSO4、20mg/L CoCl2、CNP比为400:5:1、CO(NH22: NH4Cl=1:2的混合氮源、pH=7.0;将优化得到的3组条件分别应用于厌氧-好氧废水处理系统,得到5种单因素的最佳综合水平:30mg/L MgSO4,20mg/L CoCl2,CNP配比为400:5:1,氮源为NH4C(l28.7mg/L),pH=7.0,此时厌氧菌及好氧菌的CBH活性分别为4801U/L和4794U/L,酶稳定性分别达到91.0%和95.5%,微晶纤维素降解率为31.9%和28.4%。从优化后的系统中分离出9株对纤维素有降解能力的菌株,厌氧段4株,好养段5株,这些菌株在纤维素-刚果红培养基上生长良好,周围形成明显的透明圈。对其中两株圈径比值较大的菌株进行形态学和分子生物学鉴定,结果表明菌株HRZ002为枝孢属枝状枝孢(Cladosporium cladosporioides),HRZ008为枝孢属(Cladosporium)。对菌株HRZ002和HRZ008的活性特征进行研究发现,发酵培养96h后,菌株HRZ002的EG、CBH、CB和FPase活性分别为129.5u、191.8u、48.75u、90.34u,酶稳定性分别达到93.4%、92.1%、77.9%、83.8%;菌株HRZ008的EG、CBH、CB和FPase活性分别为148.6u、162.0u、51.23u、113.2u,酶稳定性分别达到95.4%、97.1%、88.5%、92.3%,菌株HRZ008的酶系组成比较均衡,各组分稳定性较高;菌株HRZ002对培养基中微晶纤维素(MCC)和滤纸(FP)的降解率分别达到20.1%和13.7%;菌株HRZ008对MCC和FP的降解率分别达到16.4%和17.2%。
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