本文選題：多環(huán)芳烴　切入點：生物降解　出處：《北京科技大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：在本研究中,我們以原油為研究對象篩選出了高效的多環(huán)芳烴(PAHs)降解菌,對其降解能力、降解產(chǎn)物、生物活性及底物利用范圍進行了研究；通過同源模建方法得到了靶標酶的三維晶體結構,利用分子對接技術對PAHs與靶標酶活性位點之間的結合狀況和相互作用機制進行了研究。具體研究內容如下：1.以高濃度的芘和熒葸為唯一碳源從大港油田的原油樣本中篩選得到了兩株高效的芘和熒蒽降解菌,分子生物學鑒定結果表明：芘降解菌屬于假單胞菌屬,命名為Pseudomonas. sp. JPN2;熒蒽降解菌屬于微桿菌屬,命名為Microbacterium paraoxydans JPM1。2.芘降解菌JPN2在25 d的降解試驗之后,對芘的降解率達到了82.88%。在液相降解體系中共檢測到五種芘降解產(chǎn)物：4,5-二羥基-4,5-二氫芘、4-菲酚、1-羥基-2-萘甲酸、1-羥基萘和鄰苯二甲酸。在此基礎上,我們推測芘在菌株JPN2中的生物降解起始于C4-C5原子的雙羥基化反應,并涉及了鄰苯二甲酸路徑。菌株JPN2具有廣泛的底物利用范圍,能夠有效利用芘之外的其它15種芳香性和非芳香性化合物作為唯一生長底物。其中,JPN2能夠有效利用水楊酸作為唯一生長底物,說明了在JPN2中可能同時存在水楊酸降解路徑。此外,微量熱測試結果表明JPN2對芘具有高度的耐受性,在100～400 mg/L芘濃度下,菌株JPN2的生長活性幾乎不受影響。3.利用PCR擴增出了菌株JPN2中編碼萘雙加氧酶α大亞基的nahAc基因序列,經(jīng)過基因序列的ORF分析翻譯得到了靶標酶的氨基酸序列；以107N為模板,利用同源模建方法構建出了菌株JPN2體內萘雙加氧酶α亞基的三維晶體結構模型(JPN2-NDO),并對JPN2-NDO進行了分子動力學優(yōu)化和基于Ramachandran檢測圖的結構合理性驗證。4.利用分子對接方法研究了芘和JPN2-NDO活性位點之間的結合方式和相互作用機制。理論分析結果表明,芘分子結構中的C4和C5原子是距離雙氧分子最近的碳原子,并且能夠與其周圍的氨基酸殘基和輔因子發(fā)生相互作用,在理論上該位點是最易于被激活后的氧原子進攻并發(fā)生雙氧化反應的位置。同時,降解產(chǎn)物的4,5-二羥基-4,5-二氫芘的鑒定結果也同時驗證了分子模擬研究的理論分析結果。最終,基于降解產(chǎn)物鑒定和理論分析結果揭示了芘在菌株JPN2體內的生物降解機制。5.熒葸降解菌JPM1的生物降解能力與細菌的生長活性成正相關性。在25 d的降解試驗結束之后,菌株JPM1對熒蒽的降解率達到了91.78%。在熒蒽的生物降解過程中共檢測到四種降解產(chǎn)物：9-芴酮-1-羧酸、9-芴酮、鄰苯二甲酸和苯甲酸。菌株JPM1能夠利用熒蒽之外的其它12種含碳化合物作為唯一生長底物,具有較廣泛的底物利用范圍。微量熱法分析結果表明：低濃度的熒蒽(25 mg/L)對JPM1的生長活性有促進作用；在100-400 mg/L濃度時,熒蒽對JPM1生長活性的影響非常微弱；當熒蒽濃度升高至1600和3200 mg/L時,其抑制率分別達到了12.80%和30.34%。在低濃度的芘和熒蒽存在下,JPN2和JPM1表現(xiàn)出相似的抑制效果,但是在較高濃度條件下二者的抑制率出現(xiàn)顯著的區(qū)別。6.在酶的活性空腔結構比對中發(fā)現(xiàn),靶標酶JPN2-NDO和模板107N的活性位點中共有6個氨基酸位點存在差異。107N中親水性的Thr308在‘JPN2-NDO中由疏水性的Va1232替代,這種替換能夠增加活性位點的疏水性,有利于芘的結合。Ser225、Met306、Trp358和Glu359分別替換為Gln149、 Ala230、Tyr267和Ser268,后者具有更小的體積,但極性保持不變。親水性的中性氨基酸Tyr207替換為體積更小的疏水性的Leul31,這種替換有利于減小活性空腔以及空腔入口處的空間位阻效應,更加有利于疏水性的高分子量PAHs與活性空腔之間的結合作用。酶活性位點之間的這種結構差異可能是導致不同種屬細菌之間產(chǎn)生生物活性差異的主要因素之一。本研究為PAHs降解菌進一步的基因修飾與改造、以及在污染位點中的實際應用提供了相應的理論依據(jù)。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X172

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 呂鳳霞,顧振新,方維明,汪志君;苦味苷降解菌的分離鑒定及其生長特性的研究[J];食品科學;2003年03期

2 劉新,尤民生,蔡志成,廖金英,魏英智;土壤中毒死蜱降解菌的誘發(fā)和持效期研究[J];生態(tài)學雜志;2004年01期

3 臧瑞玲;胡曉芳;印春生;蔡偉民;王艷;;農田土壤中辛基酚聚氧乙烯醚降解菌的分離[J];環(huán)境科學與技術;2006年04期

4 吳智誠;佘晨興;馬秀玲;陳盛;;機油降解菌的分離、篩選和鑒定[J];福建輕紡;2006年10期

5 秦華;林先貴;尹睿;陳瑞蕊;張華勇;王俊華;;接種降解菌對土壤中鄰苯二甲酸二異辛酯降解的影響[J];應用與環(huán)境生物學報;2006年06期

6 張祥勝;熊濤;;烴降解菌研究進展及低能離子束應用于誘變育種的設想[J];安徽農業(yè)科學;2007年32期

7 劉艷鋒;周作明;李小林;荊國華;方柏山;;芘降解菌的分離純化及其降解性能測定[J];華僑大學學報(自然科學版);2008年02期

8 王基成;張秀霞;房苗苗;吳偉林;趙朝成;魯軍;;兩株吡啶降解菌的分離與鑒定[J];生態(tài)環(huán)境;2008年01期

9 張秀霞;王基成;吳偉林;房苗苗;魯軍;;一株喹啉降解菌的分離與鑒定[J];農業(yè)環(huán)境科學學報;2008年03期

10 李豐超;唐世喬;秦小萍;王國惠;雷恒毅;;亞硫酸化堅木栲膠降解菌篩選研究[J];化學與生物工程;2008年08期

相關會議論文 前10條

1 臧瑞玲;魯春輝;胡曉芳;印春生;蔡偉民;王艷;;非離子表面活性劑辛基酚聚氧乙烯醚降解菌的分離[A];第二屆全國環(huán)境化學學術報告會論文集[C];2004年

2 D．J．Vaccal;W．F．Bleam;W．J．Hickey;霍煒潔;于江;;土壤中腐植酸吸附菲的降解菌的分離[A];第六屆全國綠色環(huán)保肥料新技術、新產(chǎn)品交流會論文集[C];2006年

3 王榮;張穎;任瑞霞;李慧;王新新;史榮久;徐慧;;利用載體吸附富集方法篩選土壤中芘降解菌的研究[A];第十次全國環(huán)境微生物學術研討會論文摘要集[C];2007年

4 趙平芝;李小會;張玲;朱曉飛;王睿勇;;溴甲烷降解菌的富集培養(yǎng)和分離篩選[A];2008年中國微生物學會學術年會論文摘要集[C];2008年

5 李體文;魏朝俊;賈臨芳;趙建莊;;丙環(huán)唑降解菌篩選的初步研究[A];農業(yè)環(huán)境與生態(tài)安全——第五屆全國農業(yè)環(huán)境科學學術研討會論文集[C];2013年

6 趙東岳;李勇;丁萬隆;劉敏;;人參自毒物質降解菌的篩選及其降解特性的初步研究[A];海峽兩岸暨CSNR全國第十屆中藥及天然藥物資源學術研討會論文集[C];2012年

7 趙野;鄧新平;胡國勝;;土壤中乙草胺降解菌的培養(yǎng)和篩選[A];慶祝重慶市植物保護學會成立10周年暨植�？萍颊搲撐募痆C];2007年

8 王中華;梁靜兒;楊建強;周君;李成華;李太武;;原油微生物群落構成及降解菌降解特性的研究[A];2013中國環(huán)境科學學會學術年會論文集（第八卷）[C];2013年

9 李寶慶;鹿秀云;李社增;馬平;;甲醇降解菌的篩選、鑒定及其特性研究[A];第二屆全國農業(yè)環(huán)境科學學術研討會論文集[C];2007年

10 王新新;白鶴;李辰;趙麗彬;吳亮;韓增;安偉;陳宇;;耐鹽烴降解菌基因組學研究進展[A];2014中國環(huán)境科學學會學術年會（第十、十一章）[C];2014年

相關重要報紙文章 前1條

1 本報記者 王秋蓉;極地微生物研究六年終成正果[N];中國海洋報;2010年

相關博士學位論文 前10條

1 胡桂萍;氟氯氰菊酯降解菌FLQ-11-1分離鑒定、降解特性及降解機理[D];福建農林大學;2014年

2 劉芳明;3 株南極海洋石油烴低溫降解菌（Shewanella sp.NJ49、Pseudoalteromonas sp.NJ289和Planococus sp.NJ41）基因組學及比較研究[D];中國科學院研究生院(海洋研究所);2016年

3 靳競男;多環(huán)芳烴降解菌的篩選及基于靶標酶結構的降解機制研究[D];北京科技大學;2017年

4 袁軍;印度洋深海多環(huán)芳烴降解菌的多樣性分析及降解菌新種的分類鑒定與降解機理初步研究[D];廈門大學;2008年

5 許敬亮;多菌靈降解菌的分離、鑒定及其降解特性研究[D];南京農業(yè)大學;2006年

6 馬靜;多環(huán)芳烴降解菌的篩選、降解機理及降解性能研究[D];大連理工大學;2013年

7 侯穎;芳氧苯氧丙酸類和氯乙酰胺類除草劑降解菌的分離鑒定、降解基因克隆表達及其代謝途徑研究[D];南京農業(yè)大學;2011年

8 宋立超;鹽土多環(huán)芳烴降解菌篩選分離及其污染修復應用基礎研究[D];沈陽農業(yè)大學;2011年

9 駱苑蓉;多環(huán)芳烴降解菌的降解特性與降解途徑研究[D];廈門大學;2008年

10 劉新;有機磷殺蟲劑降解菌的誘發(fā)、分離與降解效果研究[D];福建農林大學;2002年

相關碩士學位論文 前10條

1 趙永斌;3種四環(huán)素類抗生素降解菌的篩選及降解特性的研究[D];山西農業(yè)大學;2015年

2 呂勃熠;芳香烴降解菌的分離、鑒定及性質研究[D];天津理工大學;2015年

3 鄭瑞雨;渤海灣中柴油降解菌的降解性能及其固定化研究[D];燕山大學;2015年

4 張順;二氯喹啉酸降解菌篩選、鑒定和應用研究[D];中國農業(yè)科學院;2015年

5 黃現(xiàn)恩;幾株微囊藻毒素降解菌和溶藻菌的分離鑒定及作用效果[D];蘇州大學;2015年

6 賀艷艷;紅樹林沉積物中磺胺間甲氧嘧啶（SMMX）降解菌的篩選及其降解性能研究[D];廣東海洋大學;2015年

7 高悅;固定化原油降解菌的制備及其降解特性研究[D];吉林農業(yè)大學;2015年

8 孫國強;固定化降解菌Pseudomonas sp.DNB-S1對DBP污染土壤修復的研究[D];東北農業(yè)大學;2015年

9 段淑偉;鄰苯二甲酸二丁酯降解菌DNB-S1的篩選和其酶制劑的初步應用[D];東北農業(yè)大學;2015年

10 溫榮提;尼古丁降解菌Pusillimonas sp.T2的篩選、鑒定、降解特性及代謝途徑的初步研究[D];浙江工業(yè)大學;2015年

，

本文編號：1565602