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生物表面活性劑產(chǎn)生菌的篩選及對(duì)PAHs污染環(huán)境的修復(fù)效果研究(一)
來源:《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》 瀏覽 99 次 發(fā)布時(shí)間:2025-07-30
篩選獲得一株生物表面活性劑產(chǎn)生菌,經(jīng)生理生化與16S rDNA鑒定,獲得菌株為銅綠假單胞菌147(Pseudomonas aeruginosa 147)。發(fā)酵產(chǎn)物經(jīng)過薄層色譜、紅外掃描分析其發(fā)酵產(chǎn)物為糖脂類生物表面活性劑(Biosurfactant,BS),單因素最佳發(fā)酵條件優(yōu)化為碳源、氮源和碳氮比分別為花生油、硫酸銨和25∶1,最佳培養(yǎng)溫度為30℃,pH值為8,NaCl濃度為5 g·L-1。在最佳條件下培養(yǎng)36 h,發(fā)酵液的表面張力值比原來降低了42.08 mN·m-1,且能平穩(wěn)保持至144 h。在108 h細(xì)菌生物量最大,為2.63 g·L-1,此時(shí)產(chǎn)生的糖脂最多,可達(dá)2.02 g·L-1。生物表面活性劑對(duì)不同環(huán)數(shù)的多環(huán)芳烴類物質(zhì)(熒蒽、芘、苯[a]芘)的增溶效果實(shí)驗(yàn)表明:隨生物表面活性劑添加量的增大,不同PAHs溶解度均增大;相同濃度生物表面活性劑添加條件下,高環(huán)多環(huán)芳烴(苯[a]芘)的增溶效果低于低環(huán)多環(huán)芳烴(熒蒽、芘)。
多環(huán)芳烴(Polycyclicaromatichydrocarbons,PAHs)是一類由2個(gè)或2個(gè)以上苯環(huán)組成的稠環(huán)化合物。其水溶性低,易吸附于固體顆粒,能夠長(zhǎng)期存在于環(huán)境中,是一類持久性有機(jī)污染物,也是美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(U.S.Environmental Protection Agency)確定的優(yōu)先控制的污染物。由于PAHs高脂溶性,低生物可利用性,使得人們將其用于環(huán)境中的修復(fù)措施和效果存在局限。因此通過利用表面活性劑的膠團(tuán)化作用,顯著提高疏水性有機(jī)化合物在水相中的表觀溶解度,從而提高其生物有效性,促進(jìn)修復(fù)效果的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)(Surfactant enhanced remediation,SER)引起人們的關(guān)注。
目前在有機(jī)污染修復(fù)過程中使用的多為化學(xué)表面活性劑。由于化學(xué)表面活性劑不易降解、易造成二次污染、對(duì)土壤微生物產(chǎn)生毒害風(fēng)險(xiǎn),限制了其在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用。生物表面活性劑以其具有降低表面張力、穩(wěn)定乳化液等的作用,其主要成分糖脂、磷脂、脂蛋白或脂肽類化合物、高分子化合物和脂多糖,能夠被生物完全降解,安全無毒,且用量少,發(fā)酵成本低,逐漸成為研究熱點(diǎn)。已有文獻(xiàn)報(bào)道通過篩選產(chǎn)表面活性劑的細(xì)菌,并將其應(yīng)用于多環(huán)芳烴污染的修復(fù)。
生物表面活性劑合成方式包括動(dòng)植物細(xì)胞內(nèi)提取法、酶合成法、微生物發(fā)酵法。然而,動(dòng)植物細(xì)胞內(nèi)提取法受到原料來源的制約,難以大規(guī)模生產(chǎn),酶合成法所用酶制劑的價(jià)格亦極大限制了其發(fā)展。相比而言,微生物發(fā)酵以其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)安全的特點(diǎn),成為重要的生物表面活性劑來源。目前,已有很多微生物被發(fā)現(xiàn)能夠產(chǎn)生生物表面活性劑,如細(xì)菌類球擬酵母(Torulopsis bombicola)、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)、銅綠假單胞菌(Pseudomonas aerug-inosa),其中銅綠假單胞菌已有Pseudomonas cepacia CCT6659、Pseudomonas aeruginosa S6等見諸報(bào)道。它們產(chǎn)生的生物表面活性劑是目前在多環(huán)芳烴污染土壤修復(fù),石油污染修復(fù)等應(yīng)用較多,生物表面活性劑在增溶多環(huán)芳烴時(shí)具有生物降解性、低毒性、適應(yīng)極端環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。
本研究以PAHs為目標(biāo)污染物,篩選產(chǎn)生物表面活性劑的菌株,并分析發(fā)酵產(chǎn)物為生物表面活性劑,優(yōu)化發(fā)酵條件,探討菌株產(chǎn)生的生物表面活性劑對(duì)典型多環(huán)芳烴熒蒽、芘、苯[a]芘的增溶作用,研究結(jié)果將為PAHs污染環(huán)境的修復(fù)技術(shù)研究提供菌株資源和基礎(chǔ)理論支撐。
1材料與方法
1.1供試土壤
采集南京煉油廠附近土樣、北京某加油站附近土樣、南京某河底淤泥和南京某湖底淤泥為土壤樣品。
1.2供試培養(yǎng)基與試劑
富集培養(yǎng)基:(NH4)2SO410.00 g,KCl 1.10 g,KH2PO43.40 g,K2HPO44.40 g,MgSO40.50 g,EDTA 1.00 g,酵母粉0.50 g,液體石蠟5.00 mL,pH 7.0~7.4,F(xiàn)eSO4·7H2O 0.01 g,用蒸餾水定容到1.00 L。
LB液體培養(yǎng)基:10.00 g蛋白胨,5.00 g酵母粉,10.00 g氯化鈉,用無菌水定容至1.00 L。
LB固體培養(yǎng)基:在LB液體培養(yǎng)基加入15.00~20.00 g瓊脂粉。
無機(jī)鹽培養(yǎng)基:(NH4)2SO41.00 g,NaCl 10.00 g,KH2PO40.20 g,K2HPO40.80 g,MgCl20.50 g,CaCl20.05 g,F(xiàn)eCl20.01 g。
血平板培養(yǎng)基:購自南京便診生物科技有限公司。
實(shí)驗(yàn)試劑:甲醇為色譜純,花生油為食用級(jí),其他試劑均為分析純。
1.3細(xì)菌篩選和鑒定
1.3.1表面活性劑產(chǎn)生菌血平板初篩
取5.00 g新鮮土樣置于裝有45 mL富集培養(yǎng)基的250 mL三角瓶中,28℃、150 r·min-1搖床培養(yǎng)7 d,待培養(yǎng)液混濁后,吸取5 mL培養(yǎng)液重新轉(zhuǎn)接入新的富集培養(yǎng)基中,按上述條件培養(yǎng),轉(zhuǎn)接3次。后經(jīng)濃度梯度稀釋,100μL涂布于血平板,30℃培養(yǎng)48h,選擇透明圈較大的菌落,分離純化,4℃保存。
1.3.2表面張力儀復(fù)篩
將上述純化的菌種接種于LB液體培養(yǎng)基中,200 r·min-1、30℃培養(yǎng)96 h后,用表面張力儀測(cè)定細(xì)菌發(fā)酵液的表面張力。
1.3.3細(xì)菌鑒定
基于細(xì)菌形態(tài)與生理生化結(jié)果,根據(jù)《伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊(cè)》做出初步鑒定。同時(shí)將菌株用LB液體培養(yǎng)基培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,離心法收集菌體,并采用SDS-CTAB法提取總基因組DNA,以細(xì)菌通用引物27F和1492R進(jìn)行16S rDNA的PCR擴(kuò)增,運(yùn)用分子學(xué)鑒定菌株。