2,4-二氯酚的微生物降解及相关基因的克隆

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从2,4-二氯酚生产厂排污口污泥中分离并筛选到两株以2,4-二氯酚为唯一碳源和能源生长、具有降解2,4-二氯酚能力的细菌GT241-1和GT141-2,经鉴定确定它们都属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.)。菌株GT241-1在25~30℃的最适温度下能在48小时内将60~100mg/L的2,4-DCP降解至8~12mg/L,而菌株GT141-2在25~30℃的最适温度下,能在36小时内将60~100mg/L的 2,4-DCP降解至25~30mg/L。GC/MS分析表明,两菌株能将2,4二氯酚彻底降解,未积累中间代谢产物。经38℃热处理菌株GT241-1中有1.9%丧失了2,4-二氯酚降解能力。除能利用2,4-二氯酚外,菌株GT241-1还可利用2,4-D、苯甲酸为唯一碳源和能源生长,GT141-2也可苯甲酸为唯一碳源和能源生长,但它们均不能利用水杨酸、2-氯苯甲酸、4-氯苯甲酸、2,4,6-三氯酚、五氯酚等为唯一碳源和能源生长。两菌株均对氨苄青霉素、四环素、红霉素、Hg具有抗性,但对卡那霉素无抗性。菌株GT241-1有两条大质粒带;菌株GT141-2有三条大质粒带。Southern杂交显示菌株GT141-2的3,5-二氯儿茶酚1,2-双加氧酶基因定位于其中的最小的质粒上。 用60mg/L2,4-二氯酚对从杭州农药厂污水处理爆气池取样活性污泥进行驯化,经过15轮共一个月的驯化后,该活性污泥具有对2,4-二氯酚的抗性,经沉淀后上层液体澄清,且获得了降解2,4-二氯酚的能力。 经驯化的活性污泥在投加污泥总量0.59%和1.18%(以干重计)的假单胞菌GT241-1菌体后,对含2,4-二氯酚60mg/L和COD1500mg/L的模拟废水进行分批处理,结果表明该两组活性污泥对2,4-二氯酚的降解能力没有显著差异。但它们与未投加GT241-1菌体的对照相比对2,4-二氯酚降解速度较快,它们均可在处理20h左右后使2,4-二氯酚含量降到最低值9mg/L,而对照要在处理30h左右后使2,4-二氯酚含量降到相同的最低值。经投加GT241-1菌体的活性污泥和未投加GT241-1菌体的活性污泥在分批处理中均可将60~70mg/L的2,4-二氯酚降至9~13mg/L。处理至第五批所投加的GT241-1菌体仍在发挥对2,4-二氯酚的降解作用。供给溶解氧5.6~7.4mg/L的范围内,对2,4-二氯酚的降解能力没有显著差异。在起始COD浓度约1500mg/L的条件下,经分批处理COD最终都能达到110~160mg/L,去除率89~93%。 投加GT241-1菌体可加快对活性污泥反应器的起动。该反应器以2,4-二氯酚浓度60mg/L、HRT63h或32h通入模拟废水运行时,在4天的稳态运行期间投加GT241-1菌体反应器与未投加GT241-1菌体对照反应器的出水2,4-二氯酚含量没有显著差异,均为11.0mg/L。接着保持进水的2,4-二氯酚浓度60mg/L不变、HRT进一步提高到20h运行时,投加GT241-1菌体反应器出水的2,4-二氯酚含量较未投加GT241-1菌体对照反应器的低,前者出水的2,4-二氯酚含量为11.2mg/L,后者的为16.7mg/L。进一步将进水2,4-二氯酚浓度提高到100mg/L以HRT32h运行时,有污泥流失、出水浑浊,稳态运行后投加GT241-1菌体反应器较未投加GT241-1菌体对照反应器出水的2,4-二氯酚含量为低,分别为19.4mg/L和30.6mg/L。达到稳态运行后反应器出水的COD含量为 150-197mg/L,COD去除率为 87-90%。 通过 Southern杂交,将菌株 GT241l的 2,4二氯酚羟化酶基因(dd)定位于约 10kb的 EcoRI/Xbal酶切片段。回收该片段,与大肠杆菌克隆载体 pUC连接后转化大肠杆菌胸建基因文库。采用斑点杂交从约1200个重组子中筛选得到一个目的转化子2539。经PCR验证和后续的序列测定证明,目的转化于的重组质粒pZ539含有完整的 dd基因。用 Hndlll酶切将所克隆的基因片段缩短到 2.4kb左右,再进一步将该经缩短的片段克隆至大肠杆菌克隆表达载体pRSET丑上,获得转化子BS卜12。 通过Southern杂交将菌株GT241l的3,5-二氯儿茶酚1,2-双加氧酶基因(dCpB)定位于约12kb的EcoAI酶切片段、约16kb的TIal酶切片段、或约llkb的Ecoffi/Xbal酶切片段。回收约 11 kb的 EcoRJffoal酶切片段,与大肠杆菌克隆载体 pUC连接后转化大肠杆菌胸建基因文库。采用斑点杂交从约 1000个重组子中筛选得到一个目的转化于 ZSI 22。经 PCR验证和后续的序列测定证明,目的转化子的重组质粒不仅含有 dCpB,而且含有整个二氯儿茶酚氧化操纵于基因簇(包括 3,5-二氯儿茶酚1,2-双加氧酶基因、氯粘康酸环异构酶基因(dCpC入反式氯双烯内酯异构酶基因 (dCpE)和双烯内酯水解酶基因(epD四个基因人用BamHI酶切将所克隆的片段缩短到约4.3kb,进一步将该经片段克隆至大肠杆菌克隆pDG780上,获得转化子 BCDE46。经序列测定得知含 ddCDE的亚克隆片段全长 4303hp,dd、dcPC、dp和 dCpE按顺序紧密相连。核昔酸序列和氨基酸序列分析表明,dCpB、dCpC。dp和 dd都与己在 GenBank登记的相关基因有一定的差异;相比之下与 pJP4的二氯儿茶酚氧化操纵于的差异最小,它们的核昔酸序列之间有 98%-99%的同源性,所编码的氨基酸序列之间有 94q9%的同源性。故推测 dd、dCpC、dp和dCpE?
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