【摘要】： 印染工業(yè)廢水是當(dāng)前水體主要污染源之一。由于傳統(tǒng)理化處理技術(shù)成本高、二次污染大,亟待研制成本低、高效、環(huán)保的生物處理技術(shù)。某些真菌具有底物降解的廣譜性、對高pH及底物毒性耐受能力高等特性,在印染工業(yè)廢水處理中具有特殊的應(yīng)用價值。探究這類真菌對染料脫色的機(jī)理及相關(guān)酶學(xué)研究,可為利用真菌處理染料廢水尤其是堿性染料廢水提供理論依據(jù)。 以蒽醌染料RBBR為降解底物,在不同pH(5-10)下比較了實驗室10株具有潛在降解特性的真菌對染料脫色的效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)菌株IMER1在堿性條件下對RBBR有很好的脫色屬性。采用分子鑒定結(jié)合形態(tài)分類結(jié)果顯示:其ITS序列與漆斑菌屬(Myrothecium sp.)同源性達(dá)到90%以上;菌落形態(tài)、菌絲、分生孢子以及孢子梗的觀察結(jié)果與漆斑菌屬形態(tài)特征完全相似,因此確定此菌為Myrothecium sp,命名為Myrothecium sp.IMER1。 比較了IMER1對5種不同染料的脫色結(jié)果,同時系統(tǒng)地研究了其對蒽醌染料RBBR的脫色機(jī)理。結(jié)果表明菌株IMER1對不同染料的脫色效果不同,依次為酸性靛藍(lán)RBBR剛果紅孔雀綠溴酚藍(lán),對酸性靛藍(lán)和RBBR染料脫色效果較好。對RBBR的脫色過程研究表明,胞外膽紅素氧化酶(bilirubin oxidase,BOX)活性與RBBR脫色率有良好的相關(guān)性。脫色過程的前期,以菌體的生物吸附為主,吸附率約占脫色率的71.3%,而降解率只占29%左右;中后期,以BOX降解作用為主,最終的降解率約占脫色率的90%。對菌株IMER1降解RBBR動力學(xué)研究表明,降解過程符合一級動力學(xué)方程,其反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)隨染料濃度的增加而減小。 將菌株IMER1發(fā)酵后的濾液經(jīng)五步分離純化,SDS和活性電泳檢測純化的蛋白為BOX酶蛋白,分子量約為64kD,純化倍數(shù)為152.54。BOX酶學(xué)性質(zhì)研究結(jié)果表明:氧化ABTS的最適溫度為55°C左右,pH值在4左右;氧化膽紅素的最適pH值約為7.5;Km和Vmax值表明其最適底物為膽紅素。不同金屬離子和有機(jī)小分子的存在影響B(tài)OX活性,Fe2+能完全抑制BOX酶活;而EDTA、乙醇、冰乙酸和甘氨酸對BOX酶活抑制作用較小。純化的BOX酶能使5種染料發(fā)生不同程度的脫色。 研究了BOX及其介體系統(tǒng)對RBBR的作用機(jī)理及降解途徑。與對照BOX酶相比,BOX-ABTS介體體系對RBBR的脫色速率可提高11倍,最適脫色pH從5上升到8。紫外-可見光全波長掃描RBBR降解液的圖譜分析結(jié)果表明,RBBR的發(fā)色基團(tuán)(蒽醌環(huán)上的羰基)和助色基團(tuán)(-NH3)被改變;進(jìn)一步采用GC-MS和LC-MS分析結(jié)果表明RBBR降解的主要產(chǎn)物為鄰苯二甲酸及其衍生物。BOX-ABTS介體系統(tǒng)對RBBR的降解動力學(xué)研究表明,其反應(yīng)動力學(xué)符合假一級反應(yīng)動力學(xué)。 對菌株IMER1在液體和固體培養(yǎng)體系分泌BOX酶進(jìn)行了研究。液體培養(yǎng)體系條件優(yōu)化結(jié)果表明:當(dāng)pH、溫度和葡萄糖分別為5.7、28°C、8g/L時,BOX酶產(chǎn)量在PDB中可達(dá)到最優(yōu)值0.643U/mL。且在PDB中BOX酶的生物合成模式為中期合成型。固體培養(yǎng)體系條件優(yōu)化結(jié)果表明:當(dāng)含水量、pH和溫度分別為83.5%,4.6,23°C時,BOX酶產(chǎn)量可達(dá)到優(yōu)化值13.45U/g。 研究了菌株IMER1及BOX對工業(yè)堿性染料廢水脫色以及工藝。結(jié)果顯示菌株IMER1及BOX在中性到堿性范圍內(nèi)對不同濃度堿性染料廢水均有較好的脫色作用。菌株的脫色機(jī)理主要是吸附和降解,高濃度的廢水對菌體生長有強(qiáng)烈的抑制作用。ABTS介體能夠縮短BOX處理染料廢液的時間并提高脫色效果。在鼓泡式反應(yīng)器中,菌株IMER1的麩皮固體發(fā)酵菌劑對染料酸性靛藍(lán)、RBBR脫色效果明顯,但對工業(yè)堿染料廢水的脫色效果一般,有待進(jìn)一步研究。
【圖文】：

pH10 pH9 pH8 pH7 pH6 pH5圖 2.3 菌株 SDK 和 IMER1 在 pH5-10 下對 RBBR 的脫色照片g. 2.3 Photos of decolorization of RBBR by SDK and IMER1 in differe株 IMER1 在不同 pH 下的生物量比較4 和 2.5 所示，IMER1 在 pH5-11 的范圍下，生長良好。其中照的生物量相比沒有差異，而在 pH9-11 的生物量有少許的降寬 pH 范圍下生長。雖然堿性條件下其生長受到了一定的抑強(qiáng)的耐堿性；菌株 IMER1 既對染料如 RBBR 有較好的脫色性，，預(yù)示著 IMER1 在處理堿性染料廢水中具備有優(yōu)勢。468/1g0ml0）

圖 2.5 菌株 IMER1 在不同 pH 下的生物量比較Fig. 2.5 Photos of growth of strain IMER1 in pH形態(tài)觀察A 平板和斜面培養(yǎng)后，菌絲生長快，菌光澤，菌絲白色，質(zhì)地稠密，反面為淺孢子團(tuán)，孢子先從菌落中間的老齡菌絲
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2676147