鞘氨醇单孢菌代谢硫氮氧杂环化合物机理研究

摘要

杂环化合物(含有SNO杂原子的化合物)例如咔唑(carbazole，CA)、二苯并呋喃(dibenzofum，DBF)和二苯并噻吩(dibenzothiophene，DBT)以及它们的代谢产物广泛分布在被石油或杂芬油污染的地下水、海水和土壤等环境中。这些杂环化合物和别的多环芳香族(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)化合物随着石油加工、煤汽化及木材保存过程中杂芬油的使用广泛地散布到环境之中。根据报道，很多杂环化合物具有致癌、致突变和致畸形等三致特性，因此这些化合物释放到环境中会严重地威胁到人类的健康。微生物修复以其低成本、高效率，以及环境友好等特性引起了人们的广泛关注。 本工作使用实验室前期分离得到的一株CA高效降解菌株XLDN2-5为研究对象。对XIDN2-5进行了鉴定，XLDN2-5为杆状革兰氏阴性细菌；接触酶、β-羟基丁酸盐试验、硝酸盐还原试验、柠檬酸盐生长实验、葡萄糖氧化试验、胶液化试验、麦康凯培养基生长试验结果呈阳性；甲基红试验、荧光色素试验、脲酶试验、乙酰甲基甲醇试验(VP)、产生吲哚试验、硫化氢产生试验、甘露醇氧化产酸、明氧化酶反应、水解淀粉试验等结果呈阴性；菌株16S rDNA经测序及序列比对结果显示，XLDN2-5与印hingomonasyanoikuyae有99﹪的相似性。对于XLDN2-5细胞脂肪酸分析也取得类似的结果，因此XLDN2-5初步鉴定为Sphingomonas sp.XLDN2-5。Sphingomonas sp.XLDN2-5能够以CA为唯一碳源、氮源和能源生长，分析CA代谢产物检测到(1H)-4-quinolinone，该产物是有角度双加氧的代谢产物，因此初步判断该菌代谢CA可能通过有角度双加氧途径。实验中没有检测到邻氨基苯甲酸(anthranilic acid，AA)，但是XLDN2-5能够利用AA为底物生长。 利用CA培养的XLDN2-5的休止细胞作用DBF和DBT结果显示：XLDN2-5能够通过有角度途径代谢DBF生成水杨酸，同时实验中也检测到单羟基二苯并呋哺，说明XLDN2-5能够通过侧面双加氧途径作用DBF，但是没有检测到侧面双加氧途径进一步的代谢产物。分析DBT的中间物检测到dibenzothiophenesulfoxide (DBTO) 和 dibenzothiophene sulfone (DBTO<,2>)，说明XLDN2-5能够进行硫氧化生成DBT亚砜和砜，但是这两种中间产物积累不能进一步被作用；同时还检测到二羟基二苯并噻吩和单羟基二苯并噻吩，DBT被XLDN2-5作用后通过紫外检测(3100，Simadzu，Japan)显示其在472nm有最大吸收峰(A<,472>)，A<,472>伴随着时间的延长而降低，推测是开环产物trans-4(2-(3hydroxy)-thianaphthenyl-2-oxo-3-butenoic acid，说明XLDN2-5不但能通过侧面双加氧方式作用DBT，并且能进一步开环，这在环境修复上具有很大的利用价值。XLDN2-5生长体系能够同时作用CA、DBF和DBT，经过40小时的培养90﹪的DBT被降解，CA和DBF则被完全降解。苯并噻吩(benzothiophene，BT)是含硫的杂环化合物，该物质虽然结构简单，但是却极难被微生物降解。目前尚无能以BT为唯一碳源生长的微生物的报道。实验通过XLDN2-5休止细胞作用BT检测到一系列转化产物，包括萘并苯噻吩 benzo[b]naphtha[1，2-d]thiophene(BN12T)，BN12T是由两个BTO通过Diels-Alder反应并进一步脱氧脱氢生成的。因为BN12T较底物更难降解，微生物共代谢BT生成BNTs类物质可能对环境更不利。 通过对烷基取代的BTs降解可以看出烷基取代的BTs较BT更难降解，同时烷基的取代位置也直接影响降解能否进行或者降解的效率。实验中发现：生长体系下共降解BTs与CA的降解成正比关系。3-MBT能够完全抑制XLDN2-5的降解活力，当加入0.3 mM 3-MBT时，没有发现CA和3-MBT的降解，同时发现菌体有结块现象，说明0.3 mM的3-MBT能够使菌体失活。

目录

文摘

英文文摘

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1 导言

2咔唑——焦油和石油的组成部分

2.1物理及化学性质

2.2咔唑作为工业合成中间体

2.2.1咔唑的来源

2.2.2咔唑的工业用途

2.3咔唑的毒性及污染

3咔唑的降解

3.1咔唑的微生物降解—文献回顾

3.1.1侧面双加氧途径-非咔唑降解菌作用咔唑

3.1.2有角度双加氧途径

3.1.3咔唑降解基因簇

3.2咔唑降解菌的分离

3.2.1咔唑降解菌的鉴定

3.2.2咔唑降解与产物的鉴定

3.3总结与讨论

4咔唑降解菌对咔唑结构类似物—二苯并呋喃和二苯并噻吩的降解

4.1细菌对二苯并呋喃和二苯并噻吩的降解—文献回顾

4.1.1细菌对二苯并呋喃的降解

4.1.2细菌对二苯并噻吩的降解

4.2咔唑降解菌 Sphingomonas sp.XLDN2-5降解二苯并呋喃和二苯并噻吩

4.2.1降解二苯并呋喃的产物分析

4.2.2降解二苯并噻吩的产物分析

4.2.3 XLDN2-5转化二苯并噻吩生成亚砜和砜的定量分析

4.3 Sphingomonas sp.XLDN2-5生长体系同时降解咔唑、二苯并呋喃、二苯并噻吩

4.4总结与讨论

5咔唑降解菌 Sphingomonas sp.XLDN2-5共代谢转化苯并噻吩

5.1微生物转化苯并噻吩—文献回顾

5.2共代谢

5.2.1能量供应

5.2.2产物积累

5.2.3相关酶类

5.3咔唑降解菌Sphingomonas sp.XLDN2-5转化苯并噻吩

5.3.1共代谢转化苯并噻吩

5.3.1产物分析

5.4 BNT生成机理

5.4.1 Diels-Alder反应

5.4.2光照脱氧反应

5.5总结与讨论

6咔唑降解菌 Sphingomonas sp.XLDN2-5转化其它甲基苯并噻吩

6.1文献回顾

6.2 XLDN2-5转化二、三、五-甲基苯并噻吩

6.2.1共代谢转化甲基苯并噻吩

6.2.2产物分析

6.3菌体失活

6.4 XLDN2-5对烷基二苯并噻吩的降解

6.5总结与讨论

7结论与展望

参考文献

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