耐酸苯酚降解菌的分离鉴定及其降解特性研究

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微生物法由于环保、经济、低能耗等优点成为含酚废水处理的主要方法,然而大多数苯酚降解微生物分离于中性环境,关于极端酸性环境中苯酚降解微生物的研究很少。而酸性矿山废水(acid mine drainge,AMD)具有低pH、高盐度、重金属等特点,在这种生境中存活的苯酚降解菌可能具有耐酸、盐及重金属的特点。因此本研究以AMD为分离源,筛选鉴定具有以上耐性的特殊苯酚降解菌,优化其生长条件,探究pH、盐度、苯酚浓度和重金属对其降解苯酚的影响,并通过分析代谢产物初步揭示苯酚降解途径;同时拟通过复合培养提高其苯酚降解性能。研究主要结果如下:
  (1)从酸性矿山废水中分离、鉴定出一株高效降酚细菌Cobetia sp.SASS1,其与最相近的5株Cobetia属菌在温度、pH、盐度、碳源利用及抗生素敏感性等均存在差异。SASS1可在pH值为3.0-9.0、盐度为0-40g/L的条件下有效降解500mg/L苯酚。在10g/L NaCl下,SASS1可分别在20h与80h内完全降解500mg/L与1500mg/L苯酚。同时,0.2mM的Cu2+和Mn2+对菌株苯酚降解性能无明显影响,而Zn2+对其影响较显著。且菌株在10g/L NaCl下培养36h后,可将900mg/L苯酚的化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)从2239mg/L降至181.56mg/L。最后通过气相色谱-质谱分析(gas chromatograph-mass spectrometer,GC-MS)检测出代谢产物顺,顺-己二烯二酸,表明菌株主要通过邻位途径裂解苯酚。
  (2)全基因组测序表明从AMD中分离得到的菌株ZM1属于红酵母属(Rhodotorula)。KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分析表明ZM1具有芳香族化合物的降解潜力。ZM1在pH3.0时表现出较高的苯酚降解能力,可在120h内几乎完全降解1100mg/L苯酚。同时,当NaCl浓度为10g/L时,500mg/L苯酚可在48h内被完全降解。0.2mM的Mn2+对ZM1降解500mg/L苯酚有一定促进作用,而Co2+和Ni2+对ZM1的苯酚降解具有抑制作用。由基因catA及顺,顺-己二烯二酸代谢产物的检出结果,表明菌株ZM1通过邻位裂解途径降解苯酚。
  (3)两菌株SASS1和ZM1在最佳复配比3∶1时,在10g/L NaCl浓度下,对1100mg/L苯酚的去除仅需40h。且复合菌群在培养60h后对1500mg/L苯酚去除达77.85%,相对单菌株SASS1提高21.35%。且其对重金属(Cu2+、Mn2+、Co2+和Ni2+)的耐性相对单菌株均有所提高。同时,复合菌株在10g/L NaCl浓度下,36h后可将900mg/L苯酚的COD降至189.67mg/L,表明其对苯酚具有较好的矿化效果。
  本研究结果为重新认识AMD环境中土著微生物的降解潜力提供了理论依据,并为探索极端环境条件下的特殊微生物资源的环境功能提供了研究方向,以期为酸性环境位点的生物修复及高盐酸性工业酚类废水的生物处理提供一定的理论指导。
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