Cupriavidus sp.SHE的筛选及特性研究

摘要

吲哚是一种具有芳香性的氮杂环化合物，被广泛应用于医药、农药等多个领域。吲哚废水若不经治理直接排放将对环境造成危害。微生物法因具有高效经济、无二次污染等特点，被广泛应用于多种污染物的生物修复，在吲哚的生物降解方面也取得了一定的进展，但是微生物降解研究存在菌株资源匮乏、降解速率缓慢、降解基因不清晰等问题。因此，发掘高效的吲哚降解菌株资源，优化吲哚降解条件，并从化学和分子生物学角度探讨其降解机理，可为实际应用奠定理论基础。
　　本研究以吲哚为唯一碳源，从大连理工牛角山土壤样品中分离得到一株新颖的吲哚降解菌SHE。通过16S rRNA基因序列分析表明，菌株SHE与贪铜菌属(Cupriavidua sp.)的序列同源性达到99％，因此可知菌株SHE为贪铜菌属，其GenBank登录号为KJ875863。菌株SHE能够利用吲哚为唯一碳源，并能够在48 h内完全降解100 mg/L的吲哚。菌株SHE在pH值为6～8以及温度为25～35℃范围内对100 mg/L的吲哚降解率均可达90％以上，并且低浓度(＜0.5 mmol/L)的重金属离子，如Mn2+、Pb2+、Co2+，对吲哚降解的抑制作用不明显。菌株SHE还能够利用苯酚、邻苯二酚、苯甲酸等多种芳香化合物为唯一碳源进行生长，说明其具有芳香化合物的代谢多样性。在吲哚降解过程中，观察到黄色产物的生成和积累。由高效液相色谱-质谱分析表明，该黄色产物分子量为265.0605，分子式为C15H8N2O3。此外，发现在吲哚的降解过程中还有靛红的产生，但没有检测到其他常见的转化产物。该转化过程说明菌株SHE降解吲哚的过程可能存在一条新的途径。为探究吲哚降解的可能功能基因，对菌株SHE进行全基因组测序。结合RAST注释分析，结果表明菌株SHE富含158个芳烃降解相关的基因，包括P450酶、羟化酶、单加氧酶、双加氧酶等多种氧化还原酶基因序列，这些酶可能在吲哚降解中扮演重要角色。菌株SHE还含有较丰富的重金属耐受基因和转运蛋白基因，表明菌株SHE具有较强的重金属耐受及还原能力。菌株SHE还可以有效的还原Se(Ⅳ)、Au(Ⅲ)生成纳米颗粒。菌株SHE好氧还原Se(Ⅳ)的最适条件为pH8、温度30℃、底物浓度1.0 mmol/L，在此条件下Se(Ⅳ)的还原率接近100％。通过紫外光谱扫描、微观形貌分析、粒度分析及X射线衍射分析表明，合成的硒纳米颗粒为六方相晶型，粒径为130.2±27.0 nm。同时，对菌株SHE合成金颗粒进行初步探索，结果表明菌株SHE可还原氯金酸生成不同尺寸的金颗粒。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 氮杂环化合物结构与性质

1．1．1 吲哚的结构性质及应用

1．1．2 吲哚的污染现状

1．2 吲哚的生物处理方法

1．2．1 生物转化

1．2．2 生物降解

1．3 吲哚生物处理方法机理

1．3．1 吲哚生物转化机理

1．3．2 吲哚生物降解机理

1．4 本论文研究内容及意义

1．4．1 研究背景

1．4．2 研究内容

1．4．3 研究意义

2 菌株SHE的分离鉴定

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 吲哚降解菌的分离

2．2．2 菌株SHE形态特征

2．2．3 菌株SHE的16S rRNA序列分析

2．3 本章小结

3 菌株SHE降解吲哚的特性

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 菌株SHE的抗生素耐受性

3．2．2 菌株SHE生长降解曲线的测定

3．2．3 菌株SHE降解吲哚的条件优化

3．2．4 金属离子对菌株SHE降解吲哚的影响

3．2．5 菌株SHE的底物广谱性

3．3 本章小结

4 菌株SHE降解吲哚的途径初探及其全基因组测序

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 紫外-可见波谱分析

4．2．2 总有机碳测定

4．2．3 高效液相色谱-质谱联用分析吲哚降解产物

4．2．4 全基因组测序分析

4．3 本章小结

5 菌株SHE还原Se(Ⅳ)／Au(Ⅲ)的特性

5．1 材料与方法

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 菌株SHE还原Se(Ⅳ)性能

5．2．2 不同pH、温度及底物浓度对Se(Ⅳ)还原率的影响

5．2．3 菌株SHE合成SeNPs的表征

5．2．4 菌株SHE合成金的能力

5．2．5 菌株SHE合成金颗粒的透射电镜表征

5．3 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢