动胶菌HP3对芳香化合物的降解及取代基效应分析_黄丽萍

文章编号:1000-1735(2003)03-0286-04动胶菌HP3对芳香化合物的降解及取代基效应分析黄丽萍,周集体,腾丽曼(大连理工大学环境与生命学院,辽宁大连116024)摘要:动胶菌HP3是从溴胺酸污染的土壤中分离到的一株高效降解溴胺酸的菌株.实验结果表明,它除了能降解溴胺酸外,还能降解1,4-二羟基蒽醌-2-磺酸钠、1-氨基蒽醌-2-磺酸钠、9,10-蒽醌、1,4,5,8-四羟基蒽醌等蒽醌系化合物,也能降解苯胺、苯酚、邻苯二酚、邻苯二甲酸等苯系化合物,但不能降解苯磺酸钠、对氨基苯磺酸钠,更不能对溴胺酸的降解产物2-氨基-3-羟基-5-溴苯磺酸钠和2,3-二羟基-5-溴苯磺酸钠做进一步降解.苯胺在所试的苯系化合物中是该菌株细胞酶系的天然底物.探讨了取代基影响蒽醌环和苯环降解的电子效应和空间效应.关键词:溴胺酸;生物降解;动胶菌;芳香化合物;取代基中图分类号:X172文献标识码:A不同有机污染物的可生化性是不同的,虽然迄今为止已经发现了不少对染料或中间体废水具有脱色、降解能力的微生物菌株系[1],但相对于庞大的染料和中间体种类而言还很少,而一种微生物能够同时有效地降解多种有机污染物的还不多见.溴胺酸是一种生产活性艳蓝和酸性染料的重要中间体.动胶菌HP3是从受溴胺酸(1-氨基-4-溴蒽醌-2-磺酸钠)污染的土壤中筛选的对溴胺酸有较高降解活性的菌株[2,3].笔者报道其对几种有代表性的芳香化合物的降解情况,通过比较该菌株完整细胞对苯酚、苯胺、邻苯二甲酸、溴胺酸等化合物的最大反应速度Vm和米氏常数Km值,确定了该菌株的天然底物,探讨了取代基的电子效应、空间效应对菌体降解底物能力的影响,为预测类似有机物的生物降解提供初步依据,为以该菌株降解多种污染物的混合废水的可行性提供初步的实验依据.1实验材料与方法1.1无机盐培养基组成Na2HPO4:1.3g/L,KH2PO4:2.0g/L,FeCl3:1mL/L(0.25g/L).富集培养基组成:葡萄糖:2.0g/L,(NH4)2SO4:1.0g/L,Na2HPO4:1.3g/L,KH2PO4:2.0g/L,FeCl3:1mL/L(0.25g/L).1.2菌种来源由大连理工大学环境与生命学院筛选.1.3HP3菌对蒽醌结构化合物的降解将一定培养时间下的菌体发酵液在4℃,10000rad/min下离心,以上清液中总有机碳(TOC)的变化来衡量蒽醌结构化合物的降解情况.TOC的测定采用日本岛津TOC—5000分析仪.载气150mL/min,CV<5%,仪器自动选取进样(TC进样26μL,IC进样33μL),高温石英管温度680℃,IC反应液常温下进行.溶液中SO2-4的测定采用EDTA滴定法[4].1.4苯系结构化合物的降解分别将含有各苯系化合物的发酵液在4℃,10000rad/min下离心后,以JascoUV—560紫外—可见收稿日期:2003-07-02基金项目:教育部跨世纪人才基金资助项目(教函199902)作者简介:黄丽萍(1968-),女,山东荣成人,大连理工大学讲师,博士.周集体(1956-),男,河南新乡人,大连理工大学教授,博士生导师.第26卷第3期2003年9月辽宁师范大学学报(自然科学版)JournalofLiaoningNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.26No.3Sep.2003分光光度仪测定上清液在各化合物的最大吸收波长下的吸收值变化,依据标准曲线,得到各化合物降解的绝对值.1.5菌细胞对各苯系化合物的降解速度的比较由最大反应速度Vm和米氏常数Km的大小可以比较反应速度的快慢.以富集培养基培养的菌液(菌体浊度OD660约0.65)作为总酶液,分别在小试管中加入4.5mL含一定量溴胺酸或苯系化合物(苯酚、邻苯二酚、苯胺或邻苯二甲酸)的缓冲溶液(KH2PO4-Na2HPO4,pH=7.0),再各加入0.5mL总酶液,30℃,100rad/min反应0.5h后,分别于各苯系化合物的特征吸收波长下测定吸光度,采用所谓的初速度法,求算Vm和Km.2实验结果与讨论2.1动胶菌HP3对蒽醌结构化合物的降解在所试的蒽醌型磺酸盐染料中间体中(图1),总有机碳的变化从14mM(以碳的摩尔浓度表示)左右降低到6.8mM左右,表现为部分降解.与溴胺酸降解过程中SO2-4的测定方法相同,对1-氨基蒽醌-2-磺酸钠和1,4-二羟基蒽醌-2-磺酸钠降解过程中的SO2-4进行了测定,结果未检测到SO2-4的存在.因此,推测1-氨基蒽醌-2-磺酸钠和1,4-二羟基蒽醌-2-磺酸钠的开环位置可能与溴胺酸开环的位置相似,即都位于非磺酸基的环上[5,6].从TOC变化速度看,1,4-二羟基蒽醌-2-磺酸钠>1-氨基蒽醌-2-磺酸钠>溴胺酸.与蒽醌型磺酸盐