邻苯二甲酸二甲酯及其异构体的好氧微生物降解

3种苯二甲酸二甲酯异构体(邻、间和对苯二甲酸二甲酯)主要应用于化学工业,作为增塑剂和生产聚酯的原料。用邻苯二甲酸二丁酯为惟一碳源,从红树林底泥中驯化、富集、培养、分离得到的微生物对邻苯二甲酸二甲酯(Dimethylphthalate,DMP)及其异构体对苯二甲酸二甲酯(Terephthalate,DMT)和间苯二甲酸二甲酯(Isophthalate,DMI)具有较强的降解作用。此菌株16SrDNA分子生物学的鉴定为Rhodococcusruber1k。实验得出该菌能够在苯二甲酸二甲酯作为惟一碳源和能源的培养基中生长。浓度为50mg·L-1的DMP、DMI和DMT分别在6、10、11d内可以完全被降解;DMP能够在好氧条件下被该菌快速降解,生成邻苯二甲酸一甲酯(monomethylphthalate,MMP)和邻苯二甲酸(phthalicacid,PA)2种主要中间产物,最终可以完全矿化成CO2和H2O;该菌对DMI和DMT的降解速度则比DMP慢。两者的降解中间产物间苯二甲酸一甲酯(MMI)和对苯二甲酸一甲酯(MMT)却不能被Rhodococcusruber1k继续降解而在培养基中积累。结果表明苯二甲酸二甲基酯的3种异构体能够被红树林底泥中的土著微生物降解。降解速度及降解途径与底物的化学结构有密切关系。     

间苯二甲酸二甲酯的好氧微生物降解及其生化途径

从红树林污泥中通过富集培养分离到4株细菌,鉴定结果是多杀巴斯德菌(Pasteurella multocida Sa)、产酸克雷伯菌(Klebsiella oxytoca Sc)、少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas paucimobilis Sy)和嗜中温甲基杆菌(Methylobacterium mesophilicum Sr).在纯培养降解间苯二甲酸二甲酯(DMI)时发现,单一纯菌株不能完全矿化间苯二甲酸二甲酯,而2种或3种纯菌株组成的混合菌可以将220mg·L-1的底物在12d内完全矿化.主要的中间产物有间苯二甲酸一甲酯(MMI)和间苯二甲酸(IA).根据鉴定出的中间产物,DMI的生化降解途径为:DMI→MMI→IA→CO2 H2O.研究结果表明,DMI的2个酯基的水解是决定DMI能否完全矿化的重要步骤,但 2个酯基的酶催化水解反应有差异,由不同的细菌分步来完成,说明是酯酶对不同底物的专性所致;第2个酯基的水解对整个降解过程有决定性作用.     

鼠尾藻(Sargassum thunbergii)对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)胁迫的响应

邻苯二甲酸二甲酯(dimethyl phthalate,DMP)是近海环境有机污染物之一,不仅对海洋生物造成毒害,且能在生物体内富集和放大,对海洋生态系统形成严重威胁。本文以鼠尾藻(Sargassum thunbergii)为研究对象,通过测定比生长速率、叶绿素a含量、光合和呼吸速率、光合基因rbcL转录水平上的相对表达量等指标,研究了鼠尾藻对不同浓度DMP的响应。结果表明,低浓度的DMP(0.lmg/L)短时间内(≤15d)能促进鼠尾藻的生长和叶绿素a的合成,并使藻体的光合作用增强,诱导光合基因rbcL的表达,而在高浓度DMP(≥0.3mg/L)的作用下,鼠尾藻的生长速率、光合和呼吸速率、rbcL基因的表达量均随着暴露时间的延长呈明显下降趋势,且DMP浓度越高,降幅越大。以上研究结果对了解DMP对鼠尾藻胁迫的影响机制奠定了基础,为保护海洋经济藻类的养殖环境提供了理论依据。     

缢蛏中邻苯二甲酸酯的气相色谱-质谱测定方法研究

建立了超声波振荡提取、固相萃取(SPE)小柱净化、气相色谱-质谱(GC-MS)同时测定缢蛏(Sinonovacula Constricta)中13种邻苯二甲酸酯(PAEs)的方法.样品用二氯甲烷超声波振荡提取和硅胶-中性氧化铝(2∶1,m∶m)固相萃取小柱对待测PAEs净化后,使用GC-MS对PAEs进行定性、定量分析.在优化实验条件下,方法的相对标准偏差(RSD)≤9.5 ％(20 ng/g,n=5);缢蛏样品中添加标准的回收率,除邻苯二甲酸二甲酯(DMP,58.6％)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP,62.6％)和邻苯二甲酸二丙酯(DPRP,75.5％)偏低外,其他组分在87.9％(邻苯二甲酸丁苄酯,BBP)～111.1％[邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯,DEHP]之间.方法的定量检出限范围为6.3 ng/g (DMP)～ 32.8 ng/g(邻苯二甲酸二异丁酯,DiBP),可满足海洋生物缢蛏中痕量PAEs日常监测的需要.市售缢蛏样品中共检出3种PAEs,分别为DiBP(31.2 ～55.3 ng/g)、邻苯二甲酸二丁酯DnBP(39.7～51.6 ng/g)和DEHP(22.3 ～ 149.2 ng/g),与缢蛏生长环境受PAEs污染种类及PAEs理化性质有关.DEHP污染的地区差异,是样品中DEHP含量差异的原因之一.     

一株卓贝尔氏菌F13-1好氧反硝化特性及其反硝化基因的初步研究

为获得高效好氧反硝化细菌,并研究这些细菌的脱氮特性以及好氧反硝化机理,采集了近海表层沉积物进行富集培养,分离获得一株具有高效好氧反硝化能力的菌株F13-1.结合生理生化特征及16S rRNA基因序列分析,初步鉴定菌株F13-1为卓贝尔氏菌(Zobellella sp.).在以葡萄糖为碳源,C/N比值为15,盐度为30,摇床转速160 r/min,p H值为7,28℃的最优脱氮条件下菌株F13-1脱氮效果较好,分别能将100 mg/dm3硝酸盐和亚硝酸盐在24和16 h内彻底脱除,脱除速率分别为:5.87 mg/(dm3·h)和5.97 mg/(dm3·h).并且菌株F13-1对高浓度亚硝酸盐具有较好的耐受性,能在高浓度亚硝酸盐存在条件下正常生长及脱氮,156 h内能将400 mg/dm3亚硝酸盐脱除完全.基因组分析表明,该菌株具有完整的反硝化基因簇,包括nap、nir、nor和nos等共17个基因.研究结果表明该菌株具有高效好氧反硝化特性,在养殖废水处理中具有较好的应用潜力.     

纳米ZnO对1株异养硝化-好氧反硝化菌Halomonas sp. KGL1的生物胁迫效应研究

本文通过纳米ZnO(ZnO-NPs)对具有高效脱氮能力的异养硝化-好氧反硝化菌Halomonas sp. KGL1的短期暴露实验,探讨在不同作用浓度下(0,1,10,50 mg·L~(-1)) ZnO-NPs对菌株的生物胁迫效应。结果表明,ZnO-NPs破坏菌株Halomonas sp. KGL1的细胞膜完整性并改变其粘滞性,使菌株形态结构改变,菌体发生团聚;同时诱导该菌株细胞产生活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS),对菌株细胞产生氧化胁迫,进一步损伤菌株细胞,抑制菌株的生长和脱氮能力,且ZnO-NPs浓度越高,该菌株受胁迫程度越强。不同浓度的ZnO-NPs对菌株Halomonas sp. KGL1的NH~+_4-N去除率无显著影响,而其NO~-_3-N、NO~-_2-N的去除效率显著降低。研究结果可为提高海水养殖废水等高盐含氮废水中脱氮菌株的抗ZnO-NPs胁迫能力的理论研究和实际应用提供科学依据。     

一株异养硝化-好氧反硝化地衣芽孢杆菌的脱氮特性及机制研究

分离自对虾养殖池塘的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)MP15具有高效的异养硝化-好氧反硝化性能。为了进一步研究菌株MP15的脱氮特性和脱氮机制,本研究采用氮同位素标记法,对其在氮基础降解液中的脱氮特性和机制进行了深入的研究。研究结果显示:在初始无机氮浓度为42 mg/L的氮基础降解液中,其对NH~+_4-N、NO~-_2-N和NO~-_3-N的最大去除速率分别为1.03 mg NH~+_4-N/(L·h)、1.74 mg NO~-_2-N/(L·h)和1.02 mg NO~-_3-N/(L·h)。氮代谢过程中羟胺氧化还原酶、亚硝酸盐还原酶和硝酸盐还原酶的酶比活力分别为0.540 6、0.157 8和0.160 9 U/mg。对菌株MP15脱氮过程中的~(15)N同位素示踪结果显示,以NH~+_4-N作为唯一氮源时,仅产生~(15)N_2O;当菌株MP15分别以NO~-_2-N和NO~-_3-N作为唯一氮源时,可同时检测到~(15)N_2O和~(15)N_2。综合上述结果,菌株MP15对无机氮的去除主要包括:同化作用、硝化作用和反硝化作用。其中对NH~+_4-N的硝化途径为:NH~+_4-N→NH_2OH→N_2O;对NO~-_2-N的硝化-反硝化途径为:NO~-_3-N←NO~-_2-N→N_2O/N_2;其对NO~-_3-N的反硝化途径为:NO~-_3-N→NO~-_2-N→N_2O/N_2。     

地衣芽孢杆菌De株对凡纳滨对虾粪便的降解效果

采用独立分析法,研究地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis De株降解凡纳滨对虾Litopenaeus vannamei粪便的效果.所收集对虾粪便先经冻干、粉碎,再溶解于灭菌海水中,分别在不同温度(16、21、26和31℃)、虾粪含量(5、10和20mg·L-1)、芽孢杆菌初始添加量(1、2.5、5和10mg·L-1)等条件下分析地衣芽孢杆菌De株对对虾粪便溶解液中的NH3-N、NO-2-N、NO-3-N、PO-4-P及COD的降解效果.结果表明,地衣芽孢杆菌De株可有效降低样品中COD和NO-3-N的含量,其平均降解率分别高于60%和50%,而NH3-N、NO-2-N、及PO43--P等的浓度则不断升高;总体而言,地衣芽孢杆菌De株在26-31℃,初始添加量5mg·L-1时对对虾粪便具有较好的降解效果(p＜0.05);当粪便溶解液浓度大于10mg·L-1时组间各项参数的差异不显著(p＞0.05).     

海水螺旋藻C-藻蓝蛋白富硒及其抗氧化特性

对海水钝顶螺旋藻Spirulina platensis C-藻蓝蛋白的富硒能力及含硒c-藻蓝蛋白对超氧阴离子(O2·)和羟基自由基(·OH)的清除作用进行了研究.结果表明,在添加低浓度硒(40-80mg·L-1)培养时,海水钝顶螺旋藻c.藻蓝蛋白对硒的富集效果显著强于淡水螺旋藻C-藻蓝蛋白.硒浓度为40mg·L-1时,C-藻蓝蛋白对硒的利用率最高,富硒系数最大(O.9%);硒浓度为60mg·L-1时,C-藻蓝蛋白含硒量最高(402mg·kg-1).含硒C-藻蓝蛋白比CJ藻蓝蛋白对超氧阴离子和羟基自由基的清除作用都有所加强,清除效应与C-藻蓝蛋白的含硒量及蛋白浓度呈正相关.C-藻蓝蛋白含硒量最高组(402mg·kg-1)在浓度为180μg·ml-1时,对超氧阴离子和羟基自由基的清除率分别可达到83%和35%,远高于同样条件下其他淡水种类相应蛋白的清除作用.研究结果显示,利用海水培养的螺旋藻能显著提高C-藻蓝蛋白的富硒能力和含硒C-藻蓝蛋白清除超氧阴离子的活性.此研究对开发具有抗氧化功能的含硒C-藻蓝蛋白显示出独特的技术优势和较大的应用潜力.     

两株海水氮降解菌的分离鉴定及其无机氮去除特性初步研究

为解决海水养殖环境中的无机氮污染问题,从河鲀(Takifugu rubripes)养殖池塘的水体和底泥中筛选出2株可有效去除氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的菌株——盐单胞菌(Halomonas sp.DN3)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis HC),并初步探讨了2株菌在不同无机氮源中的氮去除特性。研究表明,2株细菌均具有较好的无机氮去除效果。在初始无机氮浓度为42 mg·L~(-1)的单一氮源基础降解液中,菌株DN3对氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为84.1%、62.1%和98.8%;菌株HC对三者的去除率分别为81.2%、49.0%和90.3%。在氨态氮去除过程中,虽未检测到硝态氮和亚硝态氮的积累,但从系统的氮收支分析,总氮浓度均显著下降,推测可能存在硝化过程;在硝态氮和亚硝态氮去除过程中,菌株DN3还原硝态氮时具有亚硝态氮的积累,菌株HC氧化亚硝态氮时具有硝态氮的积累。而从总氮浓度均有下降推测,可能存在好氧反硝化过程。在初始无机氮浓度为42 mg·L~(-1)的混合氮源基础降解液中,2株菌均具有良好的同步去除无机氮能力。以氨态氮和亚硝态氮为氮源时,菌株DN3和HC的总无机氮去除率分别为75.4%和66.6%;以氨态氮和硝态氮为氮源时,菌株DN3和HC的总无机氮去除率为69.5%和75.6%,2株菌在2种混合氮源中的氨态氮去除率均在90.0%以上。综合分析,菌株DN3和HC对无机氮去除机制主要以菌体的同化作用为主,同时推测具有一定的硝化和反硝化作用。研究结果表明,菌株DN3和HC均可高效去除无机氮,其在海水养殖水环境调控中具有潜在的应用价值。