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本研究选择染料相关行业生产中应用最为广泛的偶氮染料为难降解有毒污染物,研究了酵母菌对染料降解脱色的能力,初步探讨了酵母菌对染料脱色的可能机制。
本研究分离到一株能够对偶氮染料活性黑5(ReactiveBlack5,即RB5)高效脱色的酵母菌,经鉴定为胶红酵母(Rhodotorulamucilaginosa)。在接种量为0.2g湿菌体、初始pH自然、葡萄糖和NH4Cl浓度分别为5g/L和0.42g/L的条件下能够对最高浓度80mg/L的RB5完全脱色。脱色的最佳碳源是葡萄糖,其次是蔗糖和麦芽糖,主要脱色机制为生物降解作用,脱色速度与本实验室前期报道的多形德巴利酵母(Debaryomycespolymorphus)对RB5的脱色相类似,远高于目前研究报道较多的白腐真菌对各类染料的脱色,是当前已知的关于R.mucilaginosa对染料脱色的首次报道。进一步研究表明,R.mucilaginosa不能以染料活性黑5为唯一碳源生长,脱色作用必需依赖葡萄糖的存在,认为其对染料的降解属于共代谢作用。在高浓度的染料条件下,生物降解和生物吸附两种作用同时存在于R.mucilaginosa对RB5的脱色过程中。利用优化的活性黑5脱色条件研究了该菌株对其它几种染料的脱色能力,表明其对染料具有广谱脱色能力,是适于含染料废水降解脱色的菌种之一。
比较了R.mucilaginosa和D.polymorphus对染料脱色的作用机制,发现D.polymorphus可以产生木质素降解酶系中的锰依赖过氧化物酶(MnP),不能产生细胞色素P450酶系;R.mucilaginosa不产生木质素降解酶系却能产生细胞色素P450酶系。这是目前已知的关于R.mucilaginosa产细胞色素P450酶系的首次报道。研究表明上述两株酵母菌对染料活性黑5脱色的作用机制可能不同,但两类染料降解酶的产生都需要活性黑5作诱导物,产酶处于细胞生长的初级代谢期,酶量的上升伴随着染料浓度的下降,可能是负责染料脱色的主要酶。对R.mucilaginosa产P450酶的进一步研究表明,在较低的活性黑5浓度范围内,诱导产生的细胞色素P450酶量随着染料浓度的升高而上升,表现出酵母菌对低浓度的活性黑5能够完全脱色;当染料浓度继续上升到较高范围以后,诱导产生细胞色素P450酶量随着染料浓度的升高而降低,表现为酵母菌对高浓度活性黑5的不完全脱色,可能是由于高浓度染料的生物毒性抑制了细胞生长的原因。
采用紫外光谱法和高效液相色谱-质谱(LC-MS)联用法分析了R.mucilaginosa对染料活性黑5脱色的中间产物,检测到染料分子中的发色基团——偶氮键被破坏,分子结构发生改变,生成了一种很明显的中间产物,推测其可能是活性黑5被降解后得到的一个含苯环类物质。