高效降解菌DNB-S1的荧光标记示踪及其固定化菌剂对DBP污染土壤的修复研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuandhll
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邻苯二甲酸二丁酯(Dibutyl Phthalate,DBP)是公认的世界上使用最普遍的增塑剂之一,被广泛应用于工业和农业产品中,经常在土壤、水、大气和其他环境介质中被检测到。近年来,因为工业和农业的急速发展导致塑料制品的广泛使用,DBP引起的土壤污染急剧增加,已成为一种土壤中广泛存在的污染物,造成严重污染甚至威胁人类健康和生态安全,其潜在环境危害引起了人们的关注。研究发现采用微生物降解的方式可以有效去除农业土壤中的DBP去除。本研究以实验室前期筛选的DBP高效降解菌Pseudomonas sp.DNB-S1为研究对象,通过三亲本接合转移法构建GFP荧光标记降解菌GFP-DNB-S1,借助其绿色荧光蛋白的表达实时观察降解菌活性及动态,以海藻酸钠(SA)与纳米羟基磷灰石(n-HAP)为载体材料、Ca Cl2为交联剂,采用包埋-交联固定化微生物技术制备荧光标记降解菌GFP-DNB-S1固定化菌剂,并检验该菌剂在DBP污染土壤中的修复效果。本课题的主要研究结果如下:(1)采用三亲本接合转移法构建GFP荧光标记的降解菌GFP-DNB-S1。通过培养供体菌p ET28-EGFP及辅助菌S17,采用三亲本接合转移法将供体菌株携带的GFP质粒导入到菌株DNB-S1中,成功构建了荧光标记降解菌GFP-DNB-S1,结果表明目的菌株同时具备卡那霉素与氨苄霉素两种抗生素耐受性,并且可以在蓝色激发光照射下表达出绿色荧光,充分证明了外源导入的GFP质粒已经在荧光标记降解菌GFP-DNB-S1中稳定遗传。(2)制备SA与n-HAP/SA固定化菌剂,借助扫描电镜、红外光谱等进行性能表征。为了强化DBP降解菌的生物性能,采用包埋-交联固定化微生物技术,以SA及n-HAP/SA分别作为载体材料制备固定化菌剂。结果表明,载体材料SA与n-HAP配比为3:2时n-HAP/SA固定化菌剂更易成型,与单一SA固定化菌剂相比,水溶膨胀率和破碎率分别降低了8.61%、15.88%,机械性能与化学稳定性更高。此外,n-HAP/SA固定化菌剂中的n-HAP成分增加了微球内部的孔隙结构,微球表面变得粗糙。在Ca Cl2与SA进行交联固定化时,n-HAP的Ca2+参与了配位反应,n-HAP/SA固定化菌剂包含的SA与n-HAP分子间存在相互作用。(3)通过以DBP为唯一碳源培养固定化菌剂,分别探究SA与n-HAP/SA两种固定化菌剂对DBP降解效能的影响。测定了降解菌的生长曲线、降解曲线及培养液p H值变化,对菌株进行形态学观察。n-HAP/SA固定化菌剂可以达到95.1%的DBP降解率,降解效果明显优于SA固定化菌剂和游离菌。培养液p H值在48 h后出现下降趋势,扫描电镜观察游离菌、SA固定化菌剂的菌体细胞遭到损伤,影响降解菌活性;而n-HAP/SA固定化菌剂培养液维持在p H 6.08左右,避免了酸性环境胁迫减少了细胞损伤,促进了DBP的高效降解。此外,通过对固定化菌剂中的降解菌进行荧光示踪发现,GFP-DNB-S1均匀分布在固定化菌剂表面及内部结构中,在MSM中培养时降解菌GFP-DNB-S1从固定化颗粒释放并均匀分散生长于培养液中。(4)n-HAP/SA固定化菌剂能够有效去除土壤中DBP,改善土壤理化性质。通过与游离菌GFP-DNB-S1比较发现,在DBP初始浓度为20 mg·kg-1的污染土壤施加n-HAP/SA固定化菌剂,DBP降解率可达93.34%,显著高于游离菌处理组的78.72%,证明了n-HAP/SA固定化菌剂对污染土壤中的DBP去除效果比游离菌更加明显和彻底。此外,n-HAP/SA固定化菌剂的载体材料可以稳定土壤p H值,提高土壤中有机碳、有效磷含量,进而增加土壤肥力。
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