南通嗜铜菌X1T中有机磷水解酶OpdB对丙溴磷的降解特性研究

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丙溴磷(Profenofos)是我国常用的有机磷杀虫剂,被广泛应用在农业生产中,并且伴随农田施用、大气沉降、土壤径流和渗透等方式逐渐降解在环境中。随着丙溴磷的大量使用,其带来的环境污染和人体健康危害也愈发引起人们的注意。微生物降解是环境中有机磷农药污染修复的重要途径之一。本论文以实验室前期筛选的丙溴磷降解菌株Cupriavidus nantongensis X1T中有机磷水解酶OpdB为研究对象,利用原核克隆与表达技术,表达并纯化了有机磷水解酶OpdB,探究粗酶与纯化后酶对丙溴磷的降解特性;利用固定化技术对有机磷水解酶进行固定化,并测定了固定化酶对模拟丙溴磷污染水体的作用效应。主要研究结果如下:1.克隆了有机磷水解酶OpdB并构建了工程菌,研究了不同金属离子对于工程菌粗酶降解丙溴磷的作用效应。结果表明,含有opd B基因的大肠杆菌工程菌粗酶可以降解丙溴磷。在Tris-HCl缓冲液中,工程菌粗酶对丙溴磷的最适降解温度为37℃,最适pH为7。在此最适条件下,工程菌粗酶可以在60 h将10 mg/L丙溴磷降解36.7%。在pH=4、5、6、8条件下粗酶酶活受到影响,导致其对丙溴磷的降解能力变弱。以Tris-HCl缓冲液为参考标准,在1 mmol/L的二价金属阳离子Ca2+、Mg2+、Co2+、Ni2+作用下可以促进工程菌粗酶的降解活性,而三价金属阳离子Cr3+、Fe3+对降解有抑制作用,添加Na+和K+一价金属阳离子与不加金属离子对照组对丙溴磷的降解率无差异显著性(P>0.05)。2.测定了OpdB纯酶的米氏常数Km和最大反应速率Vmax,Km值为0.02mmol/L,Vmax为7.92×10-6mmol/L·min。在Tris-HCl缓冲液中,OpdB纯酶对丙溴磷的最适降解温度为37℃,最适pH为7。在此最适条件下,OpdB纯酶在60 h内对10 mg/L丙溴磷的降解率为46.0%。3.以海藻酸钠为材料,用包埋法对工程菌粗酶进行固定化,在Tris-HCl缓冲液中,固定化粗酶对丙溴磷的最适降解温度为37℃,最适pH为7,与工程菌粗酶降解丙溴磷的最适温度和最适pH一致。工程菌粗酶经过固定化后,在不同环境温度条件下酶的活性有较大提升,相同时间内,其对丙溴磷的降解率均得到提高;在不同pH环境条件下固定化粗酶对比游离酶表现出更宽的适应性,对丙溴磷的降解率均有提高。4.将工程菌粗酶、固定化粗酶、纯酶对丙溴磷的降解效果进行比较,工程菌粗酶经过固定化、纯化后,均能提高酶的耐受性,同时OpdB酶(固定化酶)对降解环境的pH表现出更宽的适应性。42℃条件下固定化酶对丙溴磷的降解效率与游离酶相比提升了17%,pH为8条件下固定化酶对丙溴磷的降解效率与游离酶相比提升了18%。
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