论文部分内容阅读
2-羟基-1,4萘醌(lawsone)被广泛应用为医药原料药、橡胶防腐剂、除草剂原料、农药和染料中间体等。该类药物在生产和使用过程中会通过动物排泄、废水排放等途径进入水体和土壤中。由于其具有广谱的细胞毒性,会影响动植物生长、污染水环境,最终威胁人类健康。本研究从江苏某农药厂活性污泥池中分离出一株2-羟基-1,4萘醌高效降解菌LH-3。它可以利用2-羟基-1,4萘醌为唯一碳源进行生长。利用形态观察、生理生化特性以及16SrRNA序列分析法对其进行鉴定,并对其生长降解特性、降解动力学进行研究。通过LC-MS检测降解过程中可能的代谢产物,从而推测出可能的降解途径。通过往2%(wt%)海藻酸钠(SA)中添加0.25%(wt%)生物碳(biochar,马尾松树干700℃高温缺氧热解所得)同时以0.2%接种量接种2-羟基-1,4萘醌降解菌LH-3制成联合固定化小球,并考察其结构性能;通过与不添加生物碳的海藻酸钠+菌等4种不同对照处理进行比较,研究联合固定化菌对2-羟基-1,4萘醌的降解特性;通过与海藻酸钠+菌处理作比较研究联合固定化菌重复利用性能;通过与游离菌作比较,考察不同环境因素对联合固定化菌降解性能的影响以及联合固定化菌在SBR反应器中的连续降解效果,并进一步研究反应体系微生物群落变化。结果表明,菌株LH-3被鉴定为台湾假单胞菌属。研究其生长特性发现,菌株在LB液体培养基中连续培养,4-12 h为菌株LH-3的对数生长期,12 h之后菌株LH-3生长进入稳定期;菌株LH-3在pH7.0-9.0,温度25-35℃范围内生长较好,温度30℃生长最好;另外,装液量会影响溶解氧从而影响菌株生长,实验表明较高的溶解氧量有利于菌株LH-3的生长;菌株LH-3对葡萄糖利用最好,其次是果糖;在氮源利用实验中菌株LH-3可以很好地利用蛋白胨生长,其余氮源利用次之。环境因素如pH、温度、氯化钠浓度和2-羟基-1,4萘醌起始浓度等对菌株LH-3降解2-羟基-1,4萘醌有明显影响。菌株LH-3最佳降解条件为25-30℃,pH7.0-9.0,种子液接种量为1%。在最佳降解条件下,菌株LH-3在9h内将浓度200 mg·L-1的2-羟基-1,4萘醌完全降解。LH-3对2-羟基-1,4萘醌浓度耐受范围广,当底物起始浓度从50增大到500 mg·L-1时菌株LH-3均可有效降解底物,当初始浓度为600 mg·L-1时,菌株LH-3降解受到显著抑制。在大接种量条件下,对降解过程用Monod方程进行拟合,拟合所得Vmax为179.9hr-1 Ks为173.5mg·L-1。通过LC-MS分析,菌株LH-3降解2-羟基-1,4萘酿的代谢产物为邻苯二酚、2-羟基-4-氧代苯并二氢吡喃-2-羧酸、水杨酸。菌株LH-3降解2-羟基-1,4萘醌的可能代谢途径:2-羟基-1,4萘酿首先首先还原成1,2,4-三羟基萘,接下来萘环发生裂解生成中间产物4-羟基-4-(2-羟基苯基)-2-氧代丁-3-烯酸,由于烯醇不稳定,很快发生酮-烯醇互变异构转变成2-羟基-4-氧代苯并二氢吡喃-2-羧酸。上述产物通过进一步去除侧链生成水杨酸,水杨酸通过单加氧酶生成邻苯二酚,邻苯二酚开环生成顺式粘康酸,最终进入三羧酸循环被完全矿化。实验制备的联合固定化小球的比表面积为22.26 m2·g-1,而普通的海藻酸钠+菌小球比表面积为4.02 m2·g-1。联合固定化菌降解过程中可以充分发挥生物碳吸附和微生物降解联动作用。联合固定化菌与游离细菌相比可耐受更高的底物浓度,适应更广的pH值和温度范围,对重金属的耐受性增强并可以多次循环利用。在实验室规模的SBR反应器中,联合固定化菌可在所观测的24个循环内持续稳定地降解2-羟基-1,4萘醌。对原始活性污泥样品(CK1)及投加联合固定化菌的反应器中第16个循环结束和第24个循环结束混合污泥样品(分别记为A1、A2)进行PE250测序分析,以反映体系微生物群落结构变化。结果表明,反应体系微生物的丰度和多样性均有所减少,Pseudomonas属成为反应体系内的优势菌属。