吲哚降解菌及其除臭功能研究

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吲哚类化合物引起的环境污染日益严重。在动物养殖中,来源于L-色氨酸无氧代谢产生的粪臭素(3-甲基吲哚,3MI)等吲哚类化合物是养殖场臭气的主要成分,也是造成养殖场及其周边环境恶化的主要因素。如何有效治理吲哚污染是养殖业可持续发展所面临的难题。本研究使用富集培养法从家禽粪便中分离出能够利3MI和吲哚的可培养细菌,在进行生化和分子鉴定的基础上研究了其生化特性、培养条件、除臭功能及其机理,为吲哚生物除臭饲料添加剂的研制奠定基础。本研究分离获得能够高效降解粪臭素的细菌2株,通过使用Biolog GEN III MicroPlate评估所分离菌株的生化特征并依据16S rDNA基因测序结果,将其鉴定为不动杆菌NTA1-2A(A.Toweneri)和不动杆菌TAT1-6A(A.guillouiae)。通过单因素实验确定了降解粪臭素(3MI)、吲哚的最佳温度和pH值,评估对粪臭素和吲哚的初始浓度的耐受性以及初始浓度对降解效果的影响。结果表明,菌株NTA1-2A和TAT1-6A降解3MI的最佳温度和pH分别为31℃和6,两菌株可有效降解初始浓度范围为65200mg/L的3MI;当初始浓度小于200mg/L时,两株菌在6天内的降解效率均大于85%;NTA1-2A和TAT1-6A菌株培养上清对初始浓度65mg/L 3MI的6天降解率分别为71.46%和60.71%;菌株NTA1-2A和TAT1-6A在8天内对家禽粪便中的3MI降解率分别达到84.32%和81.39%;两个菌株可降解初始浓度范围在58.58-300mg/L之间的吲哚,当吲哚初始浓度小于300 mg/L,6天内吲哚降解率为66.36%(NTA1-2A),94.87%(TAT1-6A)和96.00%(混菌);NTA1-2A和TAT1-6A菌株培养上清可完全降解初始浓度为120mg/L的吲哚;NTA1-2A和TAT1-6A及其混合菌株用于发酵家禽粪便在8天内分别降解粪便中78.67%、83.28%和83.70%的吲哚。采用LC-MS/MS对菌株发酵液进行代谢组学分析,探讨两个菌株对粪臭素和吲哚的代谢机理。结果发现,两个菌株均降解3MI生成代谢物亮氨酸(C6H13NO2)和正缬氨酸(C5H11NO2),而TAT1-6A还可代谢3MI生成亚硝基吡咯烷(C4H8N2O)。NTA1-2A降解吲哚生成吲哚-5-甲腈3-苯甲酰基(C16H10N2O)、二甲基亚砜(C2H6OS)、脱氧鸟苷(C10H13N5O4)、亮氨酸(C6H13NO2)和N-亚硝基吡咯烷,而NTA1-2A和TAT1-6A代谢吲哚也生成相同的代谢产物——神经碱(C5 H133 NO)和正缬氨酸(C5 H111 N O2)。该两株菌产生的3MI和吲哚的降解代谢物不同于其他报道,表明不同微生物菌株对吲哚类化合物的代谢具有多样性。综上,本研究筛选获得的菌株A.toweneri NTA1-2A和A.guillouiae TAT1-6A具有较强的降解吲哚类化合物的能力,在控制畜牧养殖业中恶臭气味方面有较大应用潜力,也有望应用于化工等行业吲哚类及含氮杂环污染物的治理。
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