含氮雜環(huán)化合物(Nitrogen Heterocyclic Compounds,NHCs)是含有N原子的一類(lèi)雜環(huán)化合物,含氮雜環(huán)化合物廣泛存在于自然界中,其中包括醫(yī)用廢水、農(nóng)藥廢水、焦化廢水、石油冶煉和染料廢水等工業(yè)廢水中。NHCs是污染涉及范圍廣、環(huán)境效應(yīng)大的難降解有機(jī)物,對(duì)環(huán)境以及人類(lèi)具有較大的威脅。常見(jiàn)的含氮雜環(huán)化合物有吲哚、吡啶、喹啉、異喹啉、吡咯、咪唑及其衍生物等,使用合適的方法去除這類(lèi)化合物成為人們亟待解決的問(wèn)題。本文以吲哚為主要研究對(duì)象,于實(shí)驗(yàn)室中在好氧條件下篩選出一株對(duì)吲哚有降解作用的菌株。通過(guò)微生物學(xué)、分子生物學(xué)等方法探討了該菌株降解吲哚的降解性能、生物毒性的變化、代謝產(chǎn)物的途徑以及吲哚降解酶的純化。主要結(jié)果有:1.本研究從焦化廠廢水處理系統(tǒng)中的污泥水樣中,在好氧條件下分離、馴化出一株能有效降解吲哚的菌株L1�；谏砩瘜�(shí)驗(yàn)以及16S rRNA基因序列同源性分析,該菌株被鑒定為不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter pittii),最終命名該菌為Acinetobacter pittii L1不動(dòng)桿菌。2.本研究探討了菌株L1生物降解吲哚的降解性能。試驗(yàn)結(jié)果表明,菌株在37°C,pH為7.0以及搖床轉(zhuǎn)速為150 r/min的條件下,降解效果最好。低濃度(100 mg/L)的吲哚在18 h被完全降解,而400 mg/L的吲哚則需要2 d才能被完全降解。不僅如此,菌株L1對(duì)于低濃度的喹啉也表現(xiàn)出較為良好的降解效果,而苯酚和吡啶的降解效果不理想。3.本研究探討了體系反應(yīng)時(shí)TOC的去除及毒性的變化情況。結(jié)果表明,當(dāng)吲哚被完全降解時(shí),TOC和TC未完全去除,推測(cè)其大部分的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為CO_2擴(kuò)散至大氣中,還有小部分則轉(zhuǎn)化為CO32-與溶液中的離子結(jié)合轉(zhuǎn)變成鹽,也可能吲哚被分解后產(chǎn)生小分子的揮發(fā)性產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至大氣中。同時(shí),生物毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,吲哚降解過(guò)程中大部分的吲哚被緩慢地礦化,部分轉(zhuǎn)化成CO_2和H2O,以氣體形式擴(kuò)散到環(huán)境中,該現(xiàn)象說(shuō)明吲哚并沒(méi)有被完全代謝成中間產(chǎn)物。此外,實(shí)驗(yàn)顯示中間代謝產(chǎn)物毒性有所增加,隨著降解時(shí)間的推進(jìn),體系最終的毒性較之初始毒性略有降低。4.通過(guò)HPLC-MS/MS的二級(jí)質(zhì)譜圖的分析,初步推測(cè)出吲哚的生物降解產(chǎn)物分別為靛藍(lán)、靛紅以及4-(3羥基-吡咯)-2氧基丁烯酸,這些產(chǎn)物中靛藍(lán)是因?yàn)榱u吲哚的二聚作用產(chǎn)生。靛紅則是吲哚被氧化成吲哚酮后,繼續(xù)被氧化而生成。4-(3羥基-吡咯)-2氧基丁烯酸則是吲哚降解過(guò)程中形成雙羥基吲哚后,苯環(huán)被在C4號(hào)位被還原,開(kāi)環(huán)后生成。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)生物降解的這幾個(gè)中間代謝產(chǎn)物,推測(cè)出了吲哚的三條代謝途徑。5.本實(shí)驗(yàn)還研究了純化后吲哚降解酶的特性,定位實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,降解酶主要為胞內(nèi)蛋白成分。使用DE-52方法對(duì)降解酶進(jìn)行純化,純化后的酶蛋白的比活力為粗酶液的9倍左右,純化效果較為理想。除此之外酶促反應(yīng)的最佳溫度為35°C,最適pH為6.0-7.0。不同金屬離子對(duì)該酶產(chǎn)生較大的影響,所以猜測(cè)該酶為金屬酶。其中,1.0 mM的Ca~(2+)和Mg~(2+)對(duì)于酶促反應(yīng)促進(jìn)作用,相同濃度的Zn~(2+)則對(duì)酶促反應(yīng)表現(xiàn)為較強(qiáng)的抑制作用。
【學(xué)位單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：X172;X592
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 含氮雜環(huán)化物
    1.2 氮雜環(huán)化合物的來(lái)源和用途及理化和毒性特征
        1.2.1 含氮雜環(huán)化合物的來(lái)源和用途
        1.2.2 氮雜環(huán)化合物的理化和毒性特征
    1.3 含氮雜環(huán)化合物廢水的處理現(xiàn)狀
        1.3.1 物理化學(xué)法處理含氮雜環(huán)化合物廢水的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 生物法處理含氮雜環(huán)化合物廢水的研究現(xiàn)狀
    1.4 吲哚的生物降解
        1.4.1 細(xì)菌與真菌對(duì)吲哚的降解
        1.4.2 吲哚降解的酶系
        1.4.3 吲哚降解的代謝產(chǎn)物
    1.5 本課題的研究意義
第二章 吲哚降解菌的篩選及鑒定
    2.1 材料
        2.1.1 吲哚
        2.1.2 樣品來(lái)源
        2.1.3 主要試劑
        2.1.4 培養(yǎng)基
        2.1.5 主要的儀器及型號(hào)
    2.2 實(shí)驗(yàn)方法
        2.2.1 降解菌的篩選
        2.2.2 降解菌的鑒定
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 吲哚降解菌的篩選結(jié)果
        2.3.2 降解菌形態(tài)和生理生化特性
        2.3.3 菌種的初步鑒定結(jié)果
    2.4 本章小結(jié)
第三章 吲哚的降解動(dòng)力學(xué)、毒性變化和產(chǎn)物機(jī)制研究
    3.1 實(shí)驗(yàn)材料
        3.1.1 菌種來(lái)源
        3.1.2 主要試劑與實(shí)驗(yàn)儀器
        3.1.3 培養(yǎng)基
        3.1.4 菌懸液的制備
    3.2 實(shí)驗(yàn)方法
        3.2.1 菌株L1降解吲哚過(guò)程中TOC變化的測(cè)定方法
        3.2.2 高效液相色譜法測(cè)定污染物濃度方法
        3.2.3 生物降解吲哚的特性研究方法
        3.2.4 生物降解吲哚的毒性測(cè)定方法
        3.2.5 生物降解吲哚的產(chǎn)物測(cè)定方法
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        3.3.1 外界環(huán)境對(duì)菌株L1生物降解NHC的影響因素
        3.3.2 生物降解吲哚過(guò)程中的TOC和毒性變化情況
        3.3.3 生物降解吲哚的主產(chǎn)物及其降解路徑
    3.4 本章小結(jié)
第四章 吲哚降解酶的特性
    4.1 實(shí)驗(yàn)材料
        4.1.1 菌種來(lái)源
        4.1.2 主要試劑以及實(shí)驗(yàn)儀器
        4.1.3 培養(yǎng)基
    4.2 實(shí)驗(yàn)方法
        4.2.1 降解酶的的制備和定位以及酶活的測(cè)量
        4.2.2 吲哚降解酶的分離純化
        4.2.3 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定
        4.2.4 降解酶的活性與穩(wěn)定性
            4.2.4.1 環(huán)境溫度影響下降解酶的活性與穩(wěn)定性
            4.2.4.2 環(huán)境pH影響下降解酶的活性與穩(wěn)定性
            4.2.4.3 金屬離子影響酶的活性與穩(wěn)定性
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        4.3.1 菌株L1吲哚降解酶的的定位
        4.3.2 菌株L1吲哚降解酶分離純化
        4.3.3 降解酶的活性與穩(wěn)定性
            4.3.3.1 環(huán)境溫度影響下降解酶的活性與穩(wěn)定性
            4.3.3.2 環(huán)境pH影響下降解酶的活性與穩(wěn)定性
            4.3.3.3 金屬離子影響下酶的活性與穩(wěn)定性
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2830473