铜绿假单胞菌产鼠李糖脂的能力及其对烃类污染物降解的研究

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烃类污染物是指由碳和氢两种元素组成的对环境和生物体有危害作用的一类化合物,如荧蒽、芘、苯并[α]芘、萘、菲等;广泛分布于环境中,不仅造成了土壤、空气、水源等的严重污染,对生物体还有“三致”作用。常见的去除烃类污染物的方法有物理法、化学法和生物法。生物法是通过微生物、植物或酶等彻底去除烃类污染物的方法,其中最理想的方法是微生物降解;然而,大多数烃类污染物都具有较强的疏水性,不易被微生物降解,是生物法去除烃类污染物面临的瓶颈。微生物产生的表面活性剂能提高微生物对多种有机化合物的降解效率,具有可生物降解性、高效性、低毒性等优势,且不会造成环境的二次污染。因此,生物表面活性剂的生产受到了广泛关注,开发高效的微生物合成表面活性剂的方法具有重要的社会和环境效益。本实验室已从原油污染的土壤中获得了一株能高效降解烃类污染物且能产生表面活性剂的菌株,经16SrRNA等鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),命名为DN1。在此基础上,本研究拟以铜绿假单胞菌DN1为出发菌株,首先利用pMS402质粒上luxCDABE发光基因的特性,采用快速高通量筛选的方法对菌株DN1生产鼠李糖脂的BPLM无机盐培养基和培养条件进行了优化筛选。结果表明,BPLM培养基的最佳碳源为棕榈油63.34ml/L (V/V)、最佳氮源为NaNO3 5g/L(W/V),碳氮比(C/N比)为20时鼠李糖脂产量较高,最适温度为32℃~36℃,最适pH值为5~7。高通量筛选只需20h,相比传统培养培养时间缩短了近80%,但培养基和培养条件优化结果与摇瓶发酵生产鼠李糖脂的结果一致。优化后的BPLM培养基摇瓶发酵培养菌株DN1生产鼠李糖脂的量为26.02g/L,比BPLM优化前的产量(14.978g/L)提高了73.61%。然后,以优化的BPLM培养基500 m1摇瓶发酵菌株DN1生产鼠李糖脂,通过甲醇-氯仿法提取,并采用HPLC和ESI-MS方法分析了菌株DN1所产鼠李糖脂的组成。结果表明,菌株DN1产生了13种不同结构的鼠李糖脂,其中占主要优势的6种单鼠李糖脂分别为Rha-Cg-C8、Rha-C10:1-C8、Rha-C14-C16、Rha-C16-C16、Rha-C12:2和Rha-C12,相对分子质量分别为448、474、644、672、358和362,分子式分别为C22H40O9、C24H42O9、C36H68O9、C38H72O9、C18H34O7;占主要优势的7种双鼠李糖脂分别为Rha-Rha-C10、 Rha-Rha-C12、Rha-Rha-C14、Rha-Rha-C10-C10、Rha-Rha-C10-C12、Rha-Rha-C8-C10和Rha-Rha-C10-C8:1,相对分子质量分别为480、508、536、650、678、622和620,分子式分别为C22H40O11、C24H44O11、C26H38O11、C32H58O13、C34H62O13、C30H54O13和C30H52O13。其余结构的鼠李糖脂只以微量存在。其次,以优化的BPLM培养基为基础,通过SVT-20旋转滴界面张力仪测定了鼠李糖脂的临界胶束浓度(CMC)为90mg/L,且在不同的温度、pH值及盐离子浓度下都有良好的稳定性;此外,经紫外分光光度计和便携式测油仪检测获悉,菌株DN1对5%(V/V)的原油、200mg/L (W/V)的荧蒽、200mg/L (W/V)的芘、500mg/L (W/V)的萘和500mg/L的菲的降解效率分别达到91%、96%、95.2%、94.4%和95%,600nm处活菌OD值分别达到4.16、2.91、3.18、2.91和3.0。同时,气相色谱结果表明,14d以后发酵液中的原油和烃类几乎被铜绿假单胞菌DN1完全降解。由此可见,菌株DN1产鼠李糖脂这一特性有利于烃类污染物的乳化进而促使其有效地被生物降解。
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