铜绿假单胞菌NY3及其突变株好氧降解四溴双酚A的特性研究

摘要

四溴双酚A（TBBPA）是一种被广泛应用于各种塑料制品的阻燃剂，其具有较强的生物毒性，造成了严重的环境污染。尽管已报道多种降解含溴阻燃剂的微生物，而铜绿假单胞菌NY3是最有潜力的解决该类污染物的微生物。利用前期研究构建的NY3菌烷氧化酶（alkB）突变株，本论文揭示烷氧化酶基因在该菌细胞中的作用，并优化菌株降解TBBPA的条件，对于利用该菌株修复污染环境具有现实和理论意义。 本论文以铜绿假单胞菌NY3及其敲除烷氧化酶基因alkB1和alkB2的突变株NB1D、NB2D和NB12DD作为受试菌株，以TBBPA为降解对象，借助离子色谱、GC、GC-MS、紫外光谱及三维荧光等分析方法展开研究工作，获得以下成果： （1）尽管TBBPA在高浓度下对铜绿假单胞菌NY3及其突变株有一定毒性，但仍均能以TBBPA作为单一碳源生长，NY3菌抗毒性和细胞生长量均最大，最大净生长量△OD600nm=0.577，而双突变株NB12DD菌代谢能力最差。以硫酸铵为氮源、培养液初始pH调至碱性、加大接种量等均能提高培养液中细胞生长量，因而也大大提高各菌株的脱溴效率和降解率，可使各菌株最大脱溴率达到26-28%范围内。 （2）各菌株细胞生长量大时（△OD600nm>1.3时），相同条件下各菌株代谢效率无明显差别，但当细胞生长量较小时，野生菌NY3代谢效率一般高于各突变株，且在代谢TBBPA过程中alkB2基因作用较alkB1基因更大。 （3）5种受试共存碳源中，乳酸钠为最佳共存碳源，乳酸钠共存比葡萄糖、柠檬酸钠、乙醇、乙酸钠等碳源共存细胞生长量可分别提高1.9、3.38、6.97、6.97倍，同时对TBBPA的降解效率和脱溴效率也显著提高。 （4）共存乳酸钠条件下各菌株代谢体系所积累的中间产物种类多。中间产物结构特征同时被紫外光谱、荧光光谱和质谱鉴定所印证。各菌株代谢TBBPA中间产物分三类：直接还原脱溴和脱羟基产物3,3’,5?三溴双酚A和2-溴-4（异丙基-溴苯）-苯酚；异丙基断裂、氧化、脱溴产物2-溴-4（异戊酸）-苯酚、2,6-二溴-4（乙酸）-苯酚、4-(2-羟基-异丙醇基)-2,6-二溴-苯酚、2,6-二溴-4-(2-丙烯基)-苯酚和2-溴-4（3羟基丙酸）-苯酚；不含溴单芳环产物邻苯二酚等。其中NY3菌及其单突变株NB1D和NB2D同时采用脱溴还原和异丙基裂解等两种途径启动TBBPA的降解，而双突变株NB12DD则仅采用异丙基断裂一种方式启动TBBPA的代谢，且代谢能力较差。 本论文通过研究揭示了alkB1和alkB2基因在铜绿假单胞菌NY3降解TBBPA过程中的作用，并优化了各菌株降解TBBPA的条件，为该菌在溴系阻燃剂的环境污染修复奠定了基础。