本文關(guān)鍵詞：銅綠假單胞菌NY3胞外小分子活性物及其促進(jìn)烴類降解的作用機(jī)制研究　出處：《西安建筑科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：銅綠假單胞菌屬普遍存在于烴類污染環(huán)境中,具有優(yōu)良的石油烴降解能力。銅綠假單胞菌NY3因能快速降解高濃度烴類及其它疏水性有機(jī)污染物,而被譽(yù)為嗜油菌。前期研究中發(fā)現(xiàn),在某些條件下,尤其是以烴類或其它難降解有機(jī)污染物為碳源生長(zhǎng)時(shí),NY3菌會(huì)分泌豐富的胞外有色物,而伴隨著有色物的分泌,需凈化的目標(biāo)污染物的降解率會(huì)有明顯提高。有關(guān)銅綠假單胞菌屬降解烴類的酶學(xué)研究報(bào)道較多,但分泌這些胞外物在該菌降解烴類過(guò)程中的作用及其機(jī)制報(bào)道甚少。本論文關(guān)注銅綠假單胞菌NY3在各種生長(zhǎng)條件下分泌胞外活性物的性質(zhì),并研究胞外活性物助力NY3菌快速利用烴類污染物的特性及其作用機(jī)理。本論文以石油烴中的組分為受試污染物,以液液萃取和固相萃取為主要樣品預(yù)處理方法,以電子自旋共振(EPR)波普、飛行時(shí)間質(zhì)譜(LCMS-IT-TOF)、氣相色譜(GC)、掃描電鏡(SEM)、紫外光譜(UV)及紅外光譜(FTIR)為分析方法,并結(jié)合分子生物學(xué)研究手段,獲得以下研究成果。(1)NY3菌以烴及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物為碳源生長(zhǎng)時(shí),可同時(shí)分泌綠膿菌素(Pyo)、吩嗪-1-酰胺(PCN)、吩嗪-1-羧酸(PCA)和1-羥基吩嗪(HPE)等四種吩嗪類物質(zhì)。NY3菌胞外液中吩嗪類物質(zhì)的總濃度越高,菌體細(xì)胞生長(zhǎng)量越多,同時(shí)胞外液對(duì)十六烷的降解率越高。研究發(fā)現(xiàn)分泌吩嗪類能促進(jìn)烴降解的機(jī)理是:在胞外,所分泌的四種吩嗪類與NADH或谷胱甘肽(GSH)配合不斷釋放的羥基自由基對(duì)烴類有較高的降解轉(zhuǎn)化效率。補(bǔ)充適量鐵離子可使同一胞外反應(yīng)體系中十六烷降解率提高20-29%。該降解過(guò)程是自由基氧化降解機(jī)理,反應(yīng)過(guò)程類似于芬頓自由基氧化機(jī)理。所不同的是,該反應(yīng)在中性或弱堿性p H條件下進(jìn)行。(2)銅綠假單胞菌NY3能于胞外分泌一種淡黃色的具有兩種旋光異構(gòu)的綠膿桿菌螯鐵蛋白(PCH)。分泌PCH對(duì)烴類污染物降解是“雙刃劍”。研究發(fā)現(xiàn)胞外適量PCH與Fe螯合能降解烴類物質(zhì),且其降解機(jī)理是:Fe-PCH是一種產(chǎn)生羥基自由基的催化劑,產(chǎn)生的羥基自由基能以自由基機(jī)理降解轉(zhuǎn)化烴類污染物。但分泌過(guò)量PCH會(huì)抑制NY3菌細(xì)胞生長(zhǎng),不利于污染物生物降解。(3)小分子有機(jī)酸是NY3菌代謝烴類物質(zhì)時(shí)積累于胞外的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。降解液中十六烷與戊二酸、丁二酸、丙二酸和乙酸等小分子有機(jī)酸共存,均可提高NY3菌生長(zhǎng)速度和對(duì)十六烷的降解率,而共存草酸亦可提高十六烷降解率,但卻抑制NY3菌的生長(zhǎng)。共存小分子有機(jī)酸對(duì)NY3菌降解烴的促進(jìn)機(jī)制各不相同。共存戊二酸主要因能上調(diào)胞內(nèi)alk B1和alk B2的表達(dá),提高胞內(nèi)酶活,從而加快烴的胞內(nèi)氧化速度,同時(shí)能提高胞外吩嗪類物質(zhì)分泌量,提高胞外以自由基機(jī)理氧化降解烴的效率。而共存草酸抑制NY3菌的生長(zhǎng),且顯著下調(diào)了NY3菌中alk B1和alk B2等關(guān)鍵降解基因的表達(dá)水平。其促進(jìn)NY3菌降解烴的機(jī)理是使分泌于胞外液中的吩嗪-1-羧酸(PCA)提高了6.7%,而分泌的PCA在胞外可與NADH或GSH結(jié)合,以自由基機(jī)理使烴降解率提高約26-28%。(4)NY3菌可迅速的在聚氨酯泡沫(PUF)表面形成固定化生物膜。該生物膜在較寬的p H值范圍和較高鹽度下,處理2 g/l高濃度含油廢水,運(yùn)行40 d內(nèi),可使油去除率穩(wěn)定在90%左右。運(yùn)行后的NY3菌固定化生物膜可在甘油作用下曝氣恢復(fù)其活性,使其循環(huán)利用。(5)建立了利用銅綠假單胞菌NY3處理石化企業(yè)蠟質(zhì)油污泥的方法。油污泥處理工藝中,外加鼠李糖脂通過(guò)改善疏水性污染物傳質(zhì)方式、提高NY3菌胞內(nèi)脂多糖的合成量(細(xì)胞體積變大,更加飽滿)等提高細(xì)胞降解活性和油污泥的處理效率,尤其是蠟質(zhì)油污泥中長(zhǎng)鏈烴去除率。在快速降解油泥時(shí),NY3菌可將油泥轉(zhuǎn)化為一種粘性且以多糖為主要組分的糖蛋白,該糖蛋白又可反過(guò)來(lái)促進(jìn)NY3菌對(duì)石油烴的降解。本論文揭示了NY3菌胞外活性小分子及其以自由基機(jī)理氧化降解烴類物質(zhì)的規(guī)律。明確了兩個(gè)烴降解轉(zhuǎn)化產(chǎn)物戊二酸和草酸對(duì)NY3菌降解烴類污染物各自不同的促進(jìn)機(jī)制,建立了NY3菌固定化生物膜處理高濃度含油廢水及游離菌處理蠟質(zhì)油泥的新工藝,并研究了胞外鼠李糖脂助力于NY3菌快速代謝烴類污染物的作用機(jī)理。揭示了NY3菌降解污染物機(jī)理的多樣性。
[Abstract]:P . aeruginosa NY3 is widely used in hydrocarbon polluted environment . It has excellent degradation ability of petroleum hydrocarbon . The higher the total concentration of phenazine - like substance in the extracellular fluid of NY3 , the higher the degradation rate of hexadecane in the extracellular fluid , the higher the total concentration of phenazine - 1 - amide ( PCN ) , phenazine - 1 - carboxylic acid ( PCA ) and 1 - hydroxyphenazine ( HPE ) . In this paper , the growth rate of NY3 bacteria and the degradation rate of hexadecane can be improved by improving the expression of extracellular phenazine - 1 - carboxylic acid ( PCA ) .

【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X172

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本文編號(hào)：1395690