高效脱色菌的筛选及对偶氮染料降解的研究

摘要

偶氮染料占有机染料总产量的80％，它们包含一个或多个偶氮键，由于其色谱齐全，被广泛地应用于印染、印刷及其他多种工业领域。但是，约有2％的染料在生产过程中被排出。由于这些染料本身或其代谢产物有毒性或致癌性，染料废水已经造成严重的环境问题。
　　 很多物理-化学方法已经被广泛应用于染料废水的处理，但是，这些方法往往价格高昂，且容易产生二次污染，所以应用受到限制。用微生物法降解染料废水，成本低而且环境友好，已引起越来越多研究者的重视。近几年，人们发现了许多高效降解偶氮染料的微生物，包括细菌，真菌及藻类。
　　 本论文以含偶氮染料酸性大红GR的印染废水为研究对象，分离到在好氧条件下和厌氧条件下有较高脱色能力的菌株共38株，经进一步筛选得到3株高效脱色菌株，分别命名为ZL3-1、Z1和Z2，其中Z1和Z2能在高碱条件下对染料脱色。经16/26SrDNA分析，鉴定菌株分别为ZL3-1热带假丝酵母（Candida tropicalis），Z1巴斯德葡萄球菌（Staphylococcus pasteuri），Z2为蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）。
　　 研究表明，这些菌株均不能以染料为唯一碳源，最佳碳源为葡萄糖，加入量为5g/L。无机氮源对菌体的生长和脱色影响不大。菌株ZL3-1适宜在有氧条件下脱色，为温度不敏感菌株，在25℃-40℃之间脱色影响不大，最佳脱色温度30℃。菌株ZL3-1对环境中的pH值和染料浓度有较大的适应和耐受能力，在pH3-9和50mg/L-300mg/L的浓度下都能保持较高的脱色降解活性。原始的ZL3-1菌株对盐度的耐受力很差，经驯化后可耐盐15％。菌株Z1和Z2为耐碱菌株，在厌氧条件，pH12条件下的脱色率仍高于90％。且对染料浓度有很高的耐受力，在300mg/L时40h脱色率为93％。这三株菌均可对多种染料脱色，具有脱色的广谱性，并且具有耐盐耐碱性，有望应用于实际染料废水的处理。
　　 通过紫外-可见光谱、HPLC和GC/MS等技术分析可知，酸性大红GR脱色机理主要是偶氮双键在催化作用下进行的还原裂解反应，同时在脱色过程中伴随产生了中间产物芳香胺类化合物。研究还对ZL3-1和Z1的脱色作用酶进行了研究，发现ZL3-1有3种作用酶，分别为偶氮还原酶、漆酶和木质素过氧化物酶；Z1的脱色作用酶为偶氮还原酶。
　　 基因工程菌的构建主要从已知偶氮还原酶基因和未知偶氮还原酶基因两方面构建，已知偶氮还原酶是以克雷伯氏菌为模板，未知偶氮偶氮还原酶基因是以ZL3-1为模板，构建出有脱色能力的菌株。