降解苯酚高效菌的选育及降解动力学研究

摘要

苯酚是工业废水中常见的一种水溶性有机污染物。主要来源于树脂制造、炼油、制药、焦碳等工业过程，含酚废水的排放会污染水质，造成生物体中蛋白质变性，引起细胞中毒或死亡，破坏水生生态系统，严重危害人类健康，被许多国家列为优先控制污染物。
　　 本文从学校实验楼下的土壤中筛选出了两株高效苯酚降解菌，分别命名为DB-1和DB-2。针对含酚废水的特性，分析了影响其降解苯酚的关键因子，优化了苯酚降解菌的降解条件，并采用动力学方法研究了苯酚的降解过程，同时对菌株DB-1降解苯酚的途径进行了探讨。得出以下结论:
　　 (1)两株菌DB-1和DB-2可以苯酚作为唯一碳源，革兰氏染色均为阳性。经分子生物学鉴定两株菌均为芽孢杆菌属，DB-1为蜡样芽孢杆菌，DB-2为枯草芽孢杆菌。
　　 (2)热力学分析表明:温度为35℃时DB-1降解苯酚的效率最高，活化能Ea为73.778 KJ/mol。温度为40℃时菌DB-2降解苯酚的效率最高，活化能Ea为65.614 KJ/mol。pH模型分析表明:pH为5.69，菌DB-1降解苯酚的最大平均速率达到34.10 mg/h，pH为5.74时，菌DB-1对苯酚最大降解率达到83.53％。pH为7.04，菌DB-2降解苯酚的最大平均速率达到16.14mg/h，对苯酚最大降解率达到61.77％。
　　 (3)初始苯酚浓度在1400mg/L以下时，菌株DB-1经48h可实现对其完全降解;当苯酚浓度为1600mg/L时，降解效率达到62.5％，其中当苯酚初始浓度为1200mg/L时，DB-1降解速率最大，为31.87mg/h。初始苯酚浓度在1000mg/L时，菌DB-2经48h降解效率达到77.5％，降解速率也达到最大，为16.17mg/h。
　　 (4)当以乙酸钠或葡萄糖作为第二碳源时，DB-1和DB-2对苯酚的降解率分别由83.75％、55.26％提高到89.39％、92.80％和63.59％、72.63％;以蔗糖为第二碳源时，两株菌的降解效果均出现了下降，分别降低到57.36％、30.696％。以氯化铵作为外加氮源时，对苯酚的降解效率最高，分别达到83.75％、55.26％，以硝酸铵和硫酸铵作为氮源时，菌株对苯酚的降解效率分别为71.15％、57.88％和41.16％、32.14％。
　　 (5)采用Monod和Haldane方程进行动力力学分析，经拟合得到菌株DB-1在低浓度时动力学参数分别为μmax=0.239 h-1，Vmax=1.35 h-1，Ks=48.91 mg/L;在高浓度时，动力学参数分别为μmax=0.53 h-1，Vmax=1.17 h-1，Ks=180.1 mg/L，Ki=306.48 mg/L。
　　 (6)利用苯酚羟化酶基因(Lph)特异性引物进行PCR扩增，结果呈阳性，对DB-1菌株扩增出的同源片段进行分析，该序列与已登录的(Pseudomonas sp.DHS3Y)同源性达到88％，(GenBank登记号为GQ281096.1)。进一步利用C120基因和C230基因特异性引物对DB-1总DNA进行PCR扩增，结果C120结果呈阳性，C230基因扩增结果呈阴性。采用BLAST程序对扩增到的C120同源片段进行对比，发现该片段与GenBank中已登录的（Pseudomonas putida）邻苯二酚1，2双加氧酶具有92％的同源性(GenBank登记号为AY029000.1)。结果表明DB-1在利用苯酚时，是先通过苯酚羟化酶氧化为邻苯二酚后，进而在邻苯二酚1，2双加氧酶(C120)的作用下进行开环裂解的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 含酚废水来源与危害

1．2 含酚废水处理方法

1．2．1 物理处理法

1．2．2 化学处理法

1．2．3 含酚废水生物处理方法

1．3 苯酚降解菌株的研究进展

1．4 动力学研究

1．5 苯酚的降解途径

1．5．1 苯酚的厌氧降解途径

1．5．2 苯酚的好氧降解途径

1．6 苯酚降解的关健性酶

1．7 研究目的、内容及技术路线

1．7．1 研究目的和内容

1．7．2 技术路线

第二章 苯酚降解菌的筛选与鉴定

2．1 引言

2．2 实验材料

2．3 实验方法

2．3．1 苯酚降解菌的富集与驯化

2．3．2 苯酚降解菌的分离与纯化

2．3．3 菌种鉴定

2．3．4 分析方法

2．4 结果与分析

2．4．1 苯酚降解菌的分离与鉴定

2．4．2 菌落形态和生理生化结果

2．4．3 16SrDNA序列分析

2．5 本章小结

第三章 环境因素对菌株降解苯酚的影响

3．1 引言

3．2 实验材料

3．3 实验方法

3．3．1 湿菌体制备

3．3．2 环境因子影响实验

3．3．3 营养因素对DB-1和DB-2降解苯酚的影响

3．3．4 分析方法

3．4 结果与分析

3．4．1 温度对菌株苯酚降解率的影响

3．4．2 pH对菌株苯酚降解率的影响

3．4．3 转速对菌株降解苯酚的影响

3．4．4 苯酚初始浓度对菌株苯酚降解率的影响

3．4．5 碳源和氮源对菌株降解苯酚的影响

3．5 本章小结

第四章 混合菌株降解苯酚性能的研究

4．1 引言

4．2 实验材料

4．3 实验方法

4．3．1 混合菌株降解苯酚实验

4．3．2 分析方法

4．4 结果与分析

4．4．1 混合菌株对苯酚的降解实验

4．4．2 混合菌株对COD去除效果

4．5 本章小结

第五章 不同底物下DB-1对苯酚的降解

5．1 引言

5．2 实验材料

5．3 实验方法

5．3．1 共代谢降解实验

5．3．2 分析方法

5．3．3 动力学模型

5．4 结果与分析

5．4．1 苯酚降解动力学

5．4．2 双底物动力学分析

5．5 本章小结

第六章 苯酚降解机理的研究

6．1 引言

6．2 实验材料

6．3 实验方法

6．3．1 苯酚羟化酶基因的PCR扩增

6．3．2 C120基因和C230基因的扩增

6．4 结果与分析

6．4．1 苯酚羟化酶的PCR检测

6．4．2 苯酚羟化酶基因的测序结果

6．5 本章小结

第七章 结论和建议

7．1 结论

7．2 建议

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文