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生物表麵活性劑產生菌的篩選及對PAHs汙染環境的修複效果研究(一)
來源:《農業環境科學學報》 瀏覽 233 次 發布時間:2025-07-30
篩選獲得一株生物表麵活性劑產生菌,經生理生化與16S rDNA鑒定,獲得菌株為銅綠假單胞菌147(Pseudomonas aeruginosa 147)。發酵產物經過薄層色譜、紅外掃描分析其發酵產物為糖脂類生物表麵活性劑(Biosesurfactant,BS),單因素最佳發酵條件優化為碳源、氮源和碳氮比分別為花生油、硫酸銨和25∶1,最佳培養溫度為30℃,pH值為8,NaCl濃度為5 g·L-1。在最佳條件下培養36 h,發酵液的表麵張力值比原來降低了42.08 mN·m-1,且能平穩保持至144 h。在108 h細菌生物量最大,為2.63 g·L-1,此時產生的糖脂最多,可達2.02 g·L-1。生物表麵活性劑對不同環數的多環芳烴類物質(熒蒽、芘、苯[a]芘)的增溶效果實驗表明:隨生物表麵活性劑添加量的增大,不同PAHs溶解度均增大;相同濃度生物表麵活性劑添加條件下,高環多環芳烴(苯[a]芘)的增溶效果低於低環多環芳烴(熒蒽、芘)。
多環芳烴(Polycyclicaromatichydrocarbons,PAHs)是一類由2個或2個以上苯環組成的稠環化合物。其水溶性低,易吸附於固體顆粒,能夠長期存在於環境中,是一類持久性有機汙染物,也是美國國家環境保護局(U.S.Environmental Protection Agency)確定的優先控製的汙染物。由於PAHs高脂溶性,低生物可利用性,使得人們將其用於環境中的修複措施和效果存在局限。因此通過利用表麵活性劑的膠團化作用,顯著提高疏水性有機化合物在水相中的表觀溶解度,從而提高其生物有效性,促進修複效果的表麵活性劑強化修複技術(Surfactant enhanced remediation,SER)引起人們的關注。
目前在有機汙染修複過程中使用的多為化學表麵活性劑。由於化學表麵活性劑不易降解、易造成二次汙染、對土壤微生物產生毒害風險,限製了其在環境修複中的應用。生物表麵活性劑以其具有降低表麵張力、穩定乳化液等的作用,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,發酵成本低,逐漸成為研究熱點。已有文獻報道通過篩選產表麵活性劑的細菌,並將其應用於多環芳烴汙染的修複。
生物表麵活性劑合成方式包括動植物細胞內提取法、酶合成法、微生物發酵法。然而,動植物細胞內提取法受到原料來源的製約,難以大規模生產,酶合成法所用酶製劑的價格亦極大限製了其發展。相比而言,微生物發酵以其生產工藝簡單、經濟安全的特點,成為重要的生物表麵活性劑來源。目前,已有很多微生物被發現能夠產生生物表麵活性劑,如細菌類球擬酵母(Torulopsis bombicola)、枯草芽孢杆菌(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等見諸報道。它們產生的生物表麵活性劑是目前在多環芳烴汙染土壤修複,石油汙染修複等應用較多,生物表麵活性劑在增溶多環芳烴時具有生物降解性、低毒性、適應極端環境的優勢。
本研究以PAHs為目標汙染物,篩選產生物表麵活性劑的菌株,並分析發酵產物為生物表麵活性劑,優化發酵條件,探討菌株產生的生物表麵活性劑對典型多環芳烴熒蒽、芘、苯[a]芘的增溶作用,研究結果將為PAHs汙染環境的修複技術研究提供菌株資源和基礎理論支撐。
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供試培養基與試劑
富集培養基:(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,FeSO4·7H2O 0.01 g,用蒸餾水定容到1.00 L。
LB液體培養基:10.00 g蛋白腖,5.00 g酵母粉,10.00 g氯化鈉,用無菌水定容至1.00 L。
LB固體培養基:在LB液體培養基加入15.00~20.00 g瓊脂粉。
無機鹽培養基:(NH4)2SO41.00 g,NaCl 10.00 g,KH2PO40.20 g,K2HPO40.80 g,MgCl20.50 g,CaCl20.05 g,FeCl20.01 g。
血平板培養基:購自南京便診生物科技有限公司。
實驗試劑:甲醇為色譜純,花生油為食用級,其他試劑均為分析純。
1.3細菌篩選和鑒定
1.3.1表麵活性劑產生菌血平板初篩
取5.00 g新鮮土樣置於裝有45 mL富集培養基的250 mL三角瓶中,28℃、150 r·min-1搖床培養7 d,待培養液混濁後,吸取5 mL培養液重新轉接入新的富集培養基中,按上述條件培養,轉接3次。後經濃度梯度稀釋,100μL塗布於血平板,30℃培養48h,選擇透明圈較大的菌落,分離純化,4℃保存。
1.3.2粉色视频黄色网站複篩
將上述純化的菌種接種於LB液體培養基中,200 r·min-1、30℃培養96 h後,用粉色视频黄色网站測定細菌發酵液的表麵張力。
1.3.3細菌鑒定
基於細菌形態與生理生化結果,根據《伯傑氏細菌鑒定手冊》做出初步鑒定。同時將菌株用LB液體培養基培養至對數生長期,離心法收集菌體,並采用SDS-CTAB法提取總基因組DNA,以細菌通用引物27F和1492R進行16S rDNA的PCR擴增,運用分子學鑒定菌株。