【摘要】：偶氮染料是目前種類最多的一大類染料。在生產(chǎn)和應用的過程中,約有10%-15%的染料未經(jīng)處理即被排放到環(huán)境中去并可能嚴重影響接觸者的健康。因此,偶氮廢水必需在排放前進行無害化處理。目前,已有多種處理偶氮廢水的方法,其中微生物脫色法被認為是最為有效且對環(huán)境無害的方法。 本研究的目的是從長期受到偶氮染料污染的環(huán)境中篩選分離出具有高效降解偶氮染料能力的菌株,考察其對偶氮染料的脫色特性,并研究各種因素對偶氮染料脫色的影響,為相關(guān)菌株的工業(yè)應用提供技術(shù)參數(shù)。研究在好氧條件下和厭氧條件下染料的降解機制,深入探討偶氮還原酶的作用機理。培育出對環(huán)境無害、抗逆性強、對偶氮染料具有較高降解效率的混合菌群,并比較好氧和厭氧降解菌群結(jié)構(gòu)的異同。本論文具體的研究結(jié)果如下： (1)本研究在污染的土壤樣品中成功的分離到一株可在厭氧條件下降解偶氮染料的菌株Y3。經(jīng)鑒定后,發(fā)現(xiàn)該菌株屬于肺炎克雷伯氏菌。菌株Y3可在16h內(nèi)完全降解100mg/L的甲基紅,表明其具有很高的偶氮降解能力。對菌株Y3的染料降解特性的研究顯示,該菌株可在25-45℃、pH值為4-9及鹽度為1%-4%的條件下有效降解偶氮染料。該菌株可以以甲基紅為唯一碳源及能源物質(zhì)進行生長并使其降解。菌株Y3可對多種不同結(jié)構(gòu)的偶氮染料進行降解,并能耐受較高的染料濃度。植物毒理實驗表明經(jīng)Y3處理后的偶氮廢水毒性大大降低,然而,紫外—可見光譜分析顯示菌株Y3并不能使偶氮染料完全礦化,而是使染料降解為無色的中間產(chǎn)物。 (2)采用與厭氧篩選相似的實驗方法,本研究從染料廢水中分離了一株好氧偶氮降解菌。染料降解實驗表明,該菌株可在好氧條件下,有效降解不同結(jié)構(gòu)的偶氮染料,且對各種理化因素均具有良好的耐受性。經(jīng)鑒定該菌株為大腸桿菌,并將其定名為E.coli CD-2。 對該菌株細胞內(nèi)的偶氮還原酶進行純化,經(jīng)質(zhì)譜鑒定后,發(fā)現(xiàn)該酶的序列與大腸桿菌K12醌還原酶的序列具有較高的同源性。酶活檢測顯示,該還原酶同時具有偶氮還原酶及醌還原酶的活性。結(jié)合之前的其它研究成果,本研究提出觀點：細菌細胞中可能并不存在專門降解偶氮染料的特異性還原酶。偶氮鍵的斷裂可能是由一些原本在細菌細胞內(nèi)催化重要生化反應的還原酶非特異性催化的。然而,打開偶氮鍵并不是這類酶在細胞中的單一功能,甚至不是主要功能。 本研究對該酶的性質(zhì)做了較為深入的研究,結(jié)果表明,該酶在細胞外仍具有良好的偶氮染料降解能力,且在較寬范圍的pH、溫度及鹽度等理化條件下維持良好的穩(wěn)定性。以上特性使該酶有很大潛力應用于日后的偶氮染料降解工業(yè)用酶的開發(fā)中。對酶的降解產(chǎn)物進行高效液相色譜分析后表明,該酶可以通過NADH所提供的H離子打開偶氮鍵,使染料脫色,形成的中間代謝產(chǎn)物則可能需要細胞內(nèi)其它酶的參與從而達到徹底降解。 (3)本研究測定了在好氧條件下,蒽醌類化合物對菌株CD-2降解偶氮染料效率的影響。結(jié)果表明,蒽醌介體可以大幅提高菌株CD-2的好氧偶氮降解效率�；诖�,本研究認為,好氧體系中存在蒽醌介體時,菌株對偶氮染料的降解可能不再是一個特異性的酶促反應。蒽醌介體可以加速電子從還原劑傳遞到偶氮染料的速度,從而使偶氮染料的降解速率加快。 雖然介體可以顯著提高細菌細胞對偶氮染料的降解速率,但當細胞破碎后,介體并不再直接對偶氮染料的降解起促進作用。該結(jié)果表明,細菌完整的細胞膜阻礙了偶氮染料與細胞內(nèi)還原酶接觸的機會,而蒽醌介體起到了電子的跨膜傳遞作用。因此,在有介體存在的情況下,偶氮還原速率得到提高。而當細胞破碎后,細胞質(zhì)中的還原酶可以與染料直接接觸,葸醌介體的電子傳遞作用即不再重要。 (4)本研究利用不斷加強偶氮染料篩選強度的方法,成功的從環(huán)境中培育出可分別在好氧和厭氧條件下降解偶氮染料的混合菌群,通過對混合菌群降解特性的研究發(fā)現(xiàn),在相同條件下,混合菌群降解偶氮染料的效果要好于純菌株。厭氧菌群的降解效果略好于好氧菌群。利用傳統(tǒng)的平板劃線分離的方法對兩個混合菌群中的菌株進行分離,結(jié)果表明,在菌群中分離的13株細菌均為腸桿菌科的兼性厭氧細菌。對兩個菌群的PCR-DGGE分析顯示,隨著甲基紅濃度的逐漸升高,混合菌群的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯變化。當菌群穩(wěn)定時,對DGGE條帶進行測序分析后表明,好氧菌群中所包含的降解菌分別屬于克雷伯氏屬、布丘菌屬和芽孢桿菌屬；厭氧菌群中的主要細菌則屬于克雷伯氏屬、埃希菌屬、芽孢桿菌屬和梭菌屬。
【學位授予單位】：東北林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X703;X172

【引證文獻】

相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 馬麗華;亞鐵催化過氧化氫協(xié)同過硫酸鈉的新型高級氧化技術(shù)降解橙黃G的研究[D];華南理工大學;2013年

2 馬利;白腐真菌及其漆酶對不同結(jié)構(gòu)染料的降解研究[D];華中科技大學;2013年

本文編號：2792293