高产生物表面活性剂菌株的筛选及其对多环芳烃降解性能的研究

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多环芳烃(PAHs)是环境中普遍存在且具有致癌、致畸和致突变的疏水有机污染物。在PAHs污染修复的众多方法中,微生物修复由于具有成本低廉和环境友好等优点,使其备受关注。然而,PAHs的强疏水性使其在环境中的溶解度低,进而导致微生物的降解作用受到限制。表面活性剂强化修复是一种提高PAHs在环境中的溶解度,进而增强菌株降解性能的方法。与化学表面活性剂会造成二次污染相比,生物表面活性剂具有良好的降解性和生物相容性使其更适合环境修复。然而,生物表面活性剂由于成本高等问题,未能在环境修复中广泛应用。因此,筛选高效生物表面活性剂产生菌及其应用于PAHs污染修复具有重大的意义。本文从前期原油污染土壤筛选保存的菌株出发,筛选出一株具有较高表面活性能力的菌株,并以不同的提取方法对其合成的生物表面活性剂进行提取。然后以廉价原料为发酵底物,优化生物表面活性剂产量并对其进行理化性质表征。最后以芘为PAHs污染模拟污染物,研究生物表面活性剂及其产生菌在水相及土壤系统中对芘的降解性能研究。研究结果如下:(1)通过原油培养基初筛和液体石蜡乳化指数及表面张力测定等复筛,筛选得到一株具有较高表面活性能力的菌株,铜绿假单胞菌AY-1(Pseudomonas aeruginosa AY-1)。(2)比较了两种不同提取方法对AY-1产生的生物表面活性剂提取效果。结果表明,与酸沉-氯仿:甲醇(2:1,v:v)相比,酸沉-乙酸乙酯对生物表面活性剂的提取效果更好。此外,通过单因素实验优化菌株生物表面活性剂产量,使其在35℃、p H 8.0、摇床转速180 rpm/min、厨余油50 g/L、硝酸钠2 g/L发酵96 h产生5.86 g/L生物表面活性剂A。(3)通过酸性亚甲基蓝法、酸性溴酚蓝法、硫酸-蒽酮实验、茚三酮实验、傅里叶红外光谱(FT-IR)和薄层色谱(TLC)分析,鉴定生物表面活性剂A为鼠李糖脂。同时通过电喷雾质谱(ESI-MS)分析,确定AY-1产生的鼠李糖脂是由五种鼠李糖脂分子组成的混合物,但其主要成分为Rha-C10-C10和Rha-Rha-C10-C10。(4)AY-1产生的鼠李糖脂临界胶束浓度(CMC)为200 mg/L,在温度(4~120℃)、p H(2~12)和Na Cl浓度(0~20%,w/v)等条件下均具有较高的表面张力稳定性。同时,该鼠李糖脂对不同的疏水化合物(甲苯、正己烷、环己烷、庚烷和十六烷)具有较高的乳化效果和对PAHs(菲和芘)具有显著的增溶性能。(5)AY-1不仅对PAHs(芘)具有一定的降解作用,而且在水相及土壤系统中添加一定浓度的鼠李糖脂可显著提高AY-1对芘的降解能力,使其在生物修复PAHs污染中具有潜在的应用前景。
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