能够耐受较宽pH范围的吡啶高效降解菌株WUST-py的筛选及表征

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吡啶作为一系列重要化工产品的母体,是目前应用极其广泛的工业原料,但同时又是一种致癌、致畸、致突变且难降解的有机污染物。工业生产中产生的大量含吡啶的污水如果直接排放必将会对人类健康和环境产生不良影响,有效控制和处理含吡啶工业污水引发越来越广泛的关注。目前已经研发出多种去除受污染环境中吡啶的技术,主要包括物理化学方法和生物法。相比于物理化学方法,生物法处理含吡啶污水的效率较高,无二次污染且操作成本低廉,因而受到了更多学者的青睐。本研究从武钢焦化厂污水处理系统曝气池中筛选得到一株吡啶高效降解菌株,命名为WUST-py。通过生理生化特征研究、16S rDNA基因序列分析和构建系统发生树,对该菌株的分类学地位进行了鉴定;探究了该菌株在不同pH条件和不同温度条件下降解吡啶的特性;考察了菌株WUST-py的底物广谱性和抗生素抗性,并初步研究了该菌株降解吡啶时的动力学模型。本实验的主要研究结论如下:(1)菌株WUST-py属于红球菌属菌株,革兰氏染色、H2S以及尿素水解试验的结果均呈阳性,能够利用葡萄糖;而甲基红、柠檬酸、V-P、吲哚以及淀粉水解试验的结果均呈阴性,不能利用蔗糖;产生芽孢。(2)菌株在较低温度(25℃)培养时降解吡啶的能力较弱,在摇床转速为150rpm和中性pH条件下,能够在108 h内将浓度为700 mg L-1的吡啶降解至检测不出的水平;随着培养温度的升高,其降解吡啶的性能也逐步提高,在30℃和35℃培养时(摇床转速150 rpm,中性pH)能够在120 h之内分别将浓度为900 mg L-1的和1600 mg L-1的吡啶完全降解;该菌株对无机盐培养液的起始pH具有极强的适应性,能够在起始pH为5.0-11.5的范围内有效降解吡啶。当MSM的起始pH为5.0时,该菌株能够在36 h之内将起始浓度为100 mg L-1的吡啶完全降解,能够在84 h之内将700 mg L-1的吡啶完全降解。在经试验的pH范围内,该菌株降解吡啶的最适pH值为8.0。当MSM起始pH为8.0,摇床转速为150 rpm,培养温度为35℃时,该菌株能在108 h之内将起始浓度1800 mg L-1的吡啶降解到检测不出的水平。1800 mg L-1是该菌株在本研究中能够完全降解的最高吡啶浓度。该菌株突出的优点是能够在较强的碱性条件下有效降解吡啶。在起始pH为11.0的条件下,能够在72 h之内将起始浓度为1000 mg L-1的吡啶彻底矿化;在极端碱性条件下(pH=11.5)依然能够在192 h之内将起始浓度为1000 mg L-1的吡啶完全降解,这一现象在公开报道的文献中尚未见到过先例。这一特性可能与其在碱性条件下培养时较强的产酸能力有关。该菌株具有较强的降解吡啶的能力,在用于碱性条件下受吡啶污染地区的原位生物修复具有较大的应用潜力。(3)底物广谱性实验结果表明,菌株WUST-py在23种工业污水中常见的污染物,包括苯、邻二甲苯、对二甲苯、正辛烷、邻苯二甲酸二丁酯、聚乙烯、1,4-丁内酯、二正丁胺、正辛醇、甲酸、三甲胺、乙酸乙酯、喹啉、苯酚、N,N-二甲基苯胺、萘、甲苯、苯胺、吡咯、苯甲醇、乙苯、乙醇和乙醚中,以在接入菌种72 h后菌体生物量增加一个数量级为判断菌株能否利用该碳源的依据,该菌株能够以苯酚、乙醇、乙醚和甲酸作为唯一碳源生长。抗生素实验结果表明该菌株对5种测试的抗生素高度敏感,经测试的抗生素包括链霉素、四环素、卡那霉素、氨苄青霉素和氯霉素。(4)菌株WUST-py以吡啶作为唯一碳源和能源时的生长和吡啶降解动力学能够由Haldane模型良好拟合,Haldane方程的生长动力学参数值如下:?max(28).00941h-1、?(9)(28).03507h-1、Ks(28)480.07mg L-1、Ki(28)177.38mg L-1(R2(28)0.962),较高的比生长速率表明菌株WUST-py是一株高效吡啶降解菌株。
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