石油污染是亟待解決的環(huán)境問題之一,生物修復被認為是理想的方法。石油污染物由于水溶性小致使生物可利用性低,一般需投加表面活性劑提高其修復效率。鼠李糖脂作為一種生物表面活性劑,具有無毒、易降解、可增溶疏水性有機物等優(yōu)點而具有廣闊的應用前景。然而,由于鼠李糖脂的生產(chǎn)成本高、產(chǎn)量低等問題而沒有被廣泛使用。本論文以產(chǎn)鼠李糖脂表面活性劑的銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)DN1為研究對象,構(gòu)建高產(chǎn)鼠李糖脂基因工程菌株并對營養(yǎng)參數(shù)進行優(yōu)化,促進其產(chǎn)鼠李糖脂的能力,在此基礎(chǔ)上探究鼠李糖脂協(xié)同降解菌在修復石油污染土壤的應用潛力。首先利用分子生物學手段將鼠李糖脂合成關(guān)鍵基因rhlAB和rhlC分別轉(zhuǎn)入銅綠假單胞菌DN1,構(gòu)建基因工程菌株DNAB和DNC;然后對微生物搖瓶生產(chǎn)鼠李糖脂過程中的營養(yǎng)參數(shù)進行優(yōu)化。結(jié)果表明:以6種碳源(棕櫚油、菜籽油、豆油、甘油、玉米油、橄欖油)為唯一碳源培養(yǎng)時,橄欖油是最佳的碳源;6種氮源(氯化銨、硝酸鈉、硝酸銨、硝酸鉀、硫酸銨、尿素)為唯一氮源,最佳氮源是硝酸鈉。當C/N比為20時,工程菌株DNAB和DNC的鼠李糖脂產(chǎn)量分別達到19.3g/L和22.5g/L,相比DN1的14.2g/L增加到1.35倍和1.58倍。由此可見,增加菌株DN1的rh1AB和rh1C的基因拷貝數(shù)并進行營養(yǎng)參數(shù)優(yōu)化,可以提高鼠李糖脂的產(chǎn)量。同時,通過ESI-MS分析得出野生型和工程菌株之間的鼠李糖脂種類和數(shù)量差異,發(fā)現(xiàn)Rha-Rha-C_(10)和Rha-Rha-C_(10)-C_(10)是工程菌株產(chǎn)生的最優(yōu)勢的鼠李糖脂結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上利用鼠李糖脂協(xié)同降解菌對石油污染的土壤進行修復,通過檢測石油烴的降解效率以及石油污染土壤本源微生物種群多樣性的變化,探究投加鼠李糖脂協(xié)同降解菌的修復效果。結(jié)果表明:35天的修復過程中,相比較未經(jīng)處理(NA)的石油烴去除率43%,鼠李糖脂協(xié)同降解菌修復(BMR)對石油烴的去除效果最好,可達到81%,只施加降解菌修復(BM)對土壤中石油烴的去除率為63%,而只添加鼠李糖脂修復(BR)沒有明顯提高石油烴的降解率(39%)。多樣性分析表明,與未經(jīng)處理(NA)的土壤微生物多樣性相比,只添加鼠李糖脂(BR)和只采用降解菌的修復(BM)提高了土壤微生物群落的豐富度,鼠李糖脂協(xié)同外源降解菌的修復(BMR)不僅可以提高土壤群落的豐富度,而且提升了土壤群落的均勻度。屬水平上發(fā)生極大變化,未經(jīng)處理的(NA)土壤的優(yōu)勢屬有諾卡氏菌屬(Nocardioides)和戈登式菌屬(Gordonia),僅施加鼠李糖脂修復(BR)和只添加降解菌修復(BM)出現(xiàn)新的優(yōu)勢屬為假單胞菌屬(Pseudomonas),而諾卡氏菌屬(Nocardioides)豐度下降;鼠李糖脂協(xié)同降解菌修復(BMR)的土壤中出現(xiàn)更多新的石油烴降解優(yōu)勢屬,如分枝桿菌屬(Mycobacterium)、不動桿菌屬(Acinetobacte)、根瘤菌屬(Rhizobiaceae)、空洞菌屬(Cavicella)和黃假單胞菌(Pseudoxanthomonas)等,這些石油烴降解優(yōu)勢屬的增加顯著提高降解菌對土壤中石油烴的去除效果,使得土壤中石油烴降解率可達到81%。此外石油烴降解相關(guān)酶豐度的變化結(jié)果表明了鼠李糖脂提高了與碳氫化合物降解和轉(zhuǎn)運蛋白有關(guān)的酶,增強了降解細菌向修復部位的轉(zhuǎn)運并促進生物降解碳氫化合物。由此可見,鼠李糖脂協(xié)同降解菌能有效去除石油污染土壤中的石油烴,并使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化,使得易降解石油烴的微生物更富集,在石油污染土壤修復方面具有應用潛力。
【學位單位】：西北大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X53;Q78
【部分圖文】：

表面活性劑是具有極性和非極性部分的兩親化合物，它們的烷基接，產(chǎn)生親水和疏水區(qū)域[52]。按照表面活性劑的來源分類，可以將表面物表面活性劑、化學合成表面活性劑和天然表面活性劑[53, 54]。表面活性，其中之一為污染修復。面活性劑對石油污染土壤的作用機理微生物產(chǎn)表面活性劑來提高對石油污染土壤的修復通常由兩個過程構(gòu)成第一個過程包括提高微生物對難溶底物的生物可利用度。第二個過程包括增強細胞表面的相互作用，增加疏水性，使細菌容易石油烴[55, 56]。活性劑通過溶解或乳化石油烴來幫助降解[57]，通過微生物[58]或增強土增加碳氫化合物的界面吸收。此外，表面活性劑具有減弱微生物的吸附轉(zhuǎn)運到石油污染修復場所的能力[59]。圖 1 顯示了修復過程中表面活性劑，微生物和土壤之間的相互作用。由于分子中存在羧酸，鼠李糖脂是弱酸并且可以在溶液中發(fā)生

西北大學碩士專業(yè)學位論文顆粒的頭部之間的排異，從而促進石油污染物與土壤顆粒的隔離[60]。另一方面于或高于 CMC 的表面活性劑可形成聚集體并增強碳氫化合物的溶解，并顯著相中污染物的分配（圖 2）[61]。我們 Helvaci 等人報道，作為 NaCl 濃度的函數(shù)，在鼠李

李糖脂和苯乙烯濃度的函數(shù)。結(jié)果，基于對 SANS 數(shù)據(jù)的分析，提出了從圓柱形膠束到由升高的鼠李糖脂和苯乙烯濃度誘導的圓柱形膠束和囊泡的二元混合物的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。最近，Zhong 等人報道，即使在低于基于表面張力的 CMC 的濃度下，雙-鼠李糖脂也可以自組裝成球形聚集體，并且增加的二乙醇脂濃度和溶液 pH 導致聚集體尺寸減小。圖 2 表面活性劑洗滌土壤石油烴的示意圖ig.2 Schematic diagram of rhamnolipid-enhanced soil washing for removal of petroleum油烴是一種具有疏水性質(zhì)的碳氫化合物，在水中表現(xiàn)出低溶解度并偏向于分中[55]。盡管微生物可以通過適當?shù)臓I養(yǎng)濃度，pH 值，和氧來促進降解，但低溶解度和疏水性使得微生物難以利用[62]。表面活性劑是微生物采用的增加性和石油烴降解的策略之一，表面活性劑可增強石油烴的乳化，以形成在油的積累的膠束。因此，如圖 3 所示，表面活性劑導致表面張力降低并增強微氫化合物的吸收。鼠李糖脂可以改變細胞表面疏水性（CSH）�？梢酝ㄟ^在

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本文編號：2819757