【摘 要】
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随着塑料使用量的逐年增加,塑料垃圾已经成为导致环境污染的一个重要原因,与传统塑料垃圾处理方式相比,生物降解凭借其绿色环保的优点,在解决塑料废弃物造成的污染问题方面更受关注。聚苯乙烯（Polystyrene,PS）是重要的合成塑料类型,约占塑料使用总量6.6%。染料脱色过氧化物酶（Dye-decolorizing peroxidases EC.1.11.1.19,DyPs）是木质素降解酶之一,而聚苯
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随着塑料使用量的逐年增加,塑料垃圾已经成为导致环境污染的一个重要原因,与传统塑料垃圾处理方式相比,生物降解凭借其绿色环保的优点,在解决塑料废弃物造成的污染问题方面更受关注。聚苯乙烯（Polystyrene,PS）是重要的合成塑料类型,约占塑料使用总量6.6%。染料脱色过氧化物酶（Dye-decolorizing peroxidases EC.1.11.1.19,DyPs）是木质素降解酶之一,而聚苯乙烯寡聚体具有与木质素模型结构二聚体相似的化学结构,因此推测其可能具有降解聚苯乙烯聚合物的潜力。本论文选取了来源于弯曲热单孢菌（Thermoonospora curvata）的TcDyP和来源于丝状蓝细菌（Anabaena sp.PCC 7120）的AnaPX,并进一步研究了TcDyP和AnaPX的酶学性质以及对紫外预处理聚苯乙烯的降解性能和作用途径,同时对聚苯乙烯的降解过程进行了优化。主要研究成果如下:（1）DyPs的基因挖掘。通过数据库挖掘与系统进化树分析,选取7种DyPs,并将其在大肠杆菌Escherichia coli BL21（DE3）中进行重组表达。以表达量和对ABTS与Mn2+的活性作为选取标准,选择TcDyP和AnaPX为代表开展研究。重组TcDyP和AnaPX的分子量分别为41.9 k Da和54.3 k Da,纯化后比酶活分别为3.0 U·mg-1和62.3 U·mg-1。TcDyP和AnaPX的最适温度分别为30℃和25℃,最适p H分别为3.5和3.0,TcDyP和AnaPX的稳定性均随着p H的降低而降低,然而与TcDyP相比,温度对AnaPX稳定性的影响更大。（2）TcDyP和AnaPX降解紫外预处理PS的性能表征。通过紫外辐照将羰基（C=O）和羟基（-OH）等含氧基团引入PS中,活化长链碳骨架中的C-C键,获得预氧化的UV-PS。以UV-PS膜为底物,经TcDyP和AnaPX处理后的UV-PS膜表面刻蚀明显;亲水角由104.8°分别下降到61.2°和72.8°,亲水性显著增强;红外光谱结果表明生成了新的-OH、C=O和C-O等基团;酶处理后UV-PS分子量分布曲线向高分子量方向移动,TcDyP和AnaPX降解了分子量低于10万的组分,高分子量组分的相对含量升高,导致UV-PS的重均分子量（MW）和数均分子量（Mn）增大。（3）推测了DyPs降解PS的可能途径。通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）检测到23种UV-PS经DyPs降解的产物。根据上述氧化产物类型选择三种模式底物进行DyPs降解。在此基础上,结合DyPs在模式底物上的催化反应特征和UV-PS的酶解产物,推测DyPs氧化降解PS的途径分为两步:第一步,通过物理化学氧化预处理引入羰基（C=O）和羟基（-OH）活化PS碳碳骨架,以提供酶作用的靶点;第二步,DyPs攻击活化后的C-C键,断裂聚合物长链,生成一些PS及其寡聚物的氧化产物,同时释放出PS合成过程中残留的单体或寡聚体。（4）PS降解过程优化。在PS底物、氧化预处理方法和酶降解体系三个方面对PS降解过程进行了优化。结果表明,在溶解状态下使用高锰酸钾/浓硫酸和mCPBA预氧化后的PS酶降解效果显著,生成了新的-OH、C=O、C-O和取代苯等基团,分子量分布曲线向低分子量方向移动,MW降低,同时采用丙酮-水两相体系进行酶降解体系优化,生成的-OH、C=O、C-O和取代苯等基团特征峰信号显著增强,且优化后分子量分布曲线向低分子量方向移动更加明显,MW降低程度增加。
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