多环芳烃降解菌的分离、鉴定及驯化研究
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多环芳烃降解菌的分离、鉴定及驯化研究
作者:李荣峰 赵碧川 陈丽君 王爱芳
来源:《安徽农学通报》2017年第18期
摘 要:该研究从百色大王岭原始森林生态环境的土壤和水中采样,进行了多环芳烃降解菌的分离、鉴定及驯化分析。结果表明,试验分离筛选出了能够降解多环芳烃——萘的A、B
2种微生物菌种,其中,菌种A菌落形态为光滑,乳白色,边缘整齐,呈乳状微粘性菌落,显微镜下观察为杆状;菌种B菌落形态为发散毛状,白色,显微镜下观察为丝状。并对筛选出的A、B2个菌种进行了生理生化鉴定和优化驯化试验,最适生长代谢环境条件为:最适温度25~28℃,最适转速120~150r/min,最适多环芳烃萘的浓度为300~320mL/L,最适pH值6.0~7.0,最适降解菌接种量10~15mL/100mL无机盐培养液,培养液体系中加入一定量的柠檬酸可提高降解速率。
关键词:多环芳烃;降解菌;分离;鉴定
中图分类号 X132 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2017)18-0013-04
Isolation and Identification of PAHs Degrading Bacteria
Li Rongfeng et al.
(College of Agriculture and Food Engineering,Baise College,Baise 533000,China)
Abstract:Isolation,identify and domestication about bacteria of degrading PAHs from the soil
andwater sampling in Bise Dawangling virgin forest ecological environment had been studied.The
results had separated A,B two microbial strains of degrading PAHs—naphthalene.And screened
A,B two specieswere identified on physiological and biochemical and optimized on condition
tests.The results showed that the optimum environmental conditions for growth and metabolism is the
optimum temperature of 25 ~ 28 ℃,the optimum speed of 120 ~ 150 r/min,the optimum
concentration on PAHs naphthalene of 300 ~ 320mL/L,optimum pH value of 6.0 to 7.0,the
optimal degrading bacteria inoculation of 10 ~ 15mL/100mL mineral medium.Broth system by
adding a certain amount of citric acid can increase the rate of degradation of PAHs.
Key words:PAHs;Bacteria of Degrading PAHs;Separation;Identify
多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,简称PAHs)是一类广泛分布于海洋环境中的含有2个或2个以上苯环,以线状、角状或簇状排列的稠环型有机污染化合物[1]。随着苯环数量的增加,其在环境中存在的时间越长,遗传毒性越高,现已成为全球重要的污染物之一,也是美国环保局制定的129种优先污染物中的一类[2]。环境中的PAHs存在于各种土壤、污水中,是一类难于降解的有机污染物,在适宜的情况下可能迁移到其他环境介质中,扩大污染龙源期刊网
源。随着现代化工业的发展,工厂废水排放系统的不完善,大量的烃类物质涌入江河湖海,严重威胁自然界的动植物以及人类的健康。如何治理及修复多环芳烃对环境造成的污染,已成为世界各国环境科学家研究的热点。现今,治理多环芳烃污染主要有物理、化学和生物几种方法,而普通的物理和化学修复污染存在各种问题,操作不当还会造成二次污染,而利用生物技术方法不仅可以消除烃类污染、净化环境,而且投资少,耗能小,具有广泛的经济价值,对人类社会来说也是利大于弊。目前,生物修复中土壤PAHs污染物生物治理的相关研究有较多报道[3~5]。土壤中有多种微生物可以利用PAHs作为碳源和能源或利用其他的物质作为共代谢底物进行多环芳烃的降解、矿化[6]。因此,筛选分离降解多环芳烃的优势菌种对于开展多环芳烃污染生态系统修复方面的研究工作具有非常重要的现实意义。
广西百色市自然保护区大王岭原始森林近年来作为主要以漂流著称的重要旅游胜地,每年都有大量的游客前往,而森林中存在一定的污染物质,特别是多环芳烃物污染逐渐严重,因此,研究原始森林中多环芳烃有机污染物的微生物降解显得尤为重要。本文针对大王岭原始森林的水质和土质进行微生物检测,筛选出能够降解多环芳烃——萘的菌类,并对其进行微生物形态学观察和生理生化鉴定,能了解森林存在的降解菌类型和分布情况,以期为多环芳烃污染的生物修复和治理提供有力支持。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 样品采集 从百色大王岭原始森林的土壤(未受污染区、受污染区的样品)、水体(未受污染区、受污染区的样品),分别采集到样品4份,编号,冰箱保存待用。
1.1.2 培养基配制 (1)无机盐培养基:(NH4)2SO4 1g,K2HPO4 2g,MgSO4·7H2O
0.5g,NaCl 0.1g,FeCl3 0.5g,CaCl2 0.5g,琼脂20g,蒸馏水1000mL。(2)萘-无机盐培养基:萘丙酮浓度分别为200,250,280,300,320,350mL/L萘丙酮,液体培养基富集菌种时每200mL无机盐培养基液加入10mL萘丙酮溶液,固体筛选培养基则在使用之前于固体培养基上滴萘丙酮溶液。
1.1.3 主要仪器和试剂 (1)主要仪器:全温振荡器(JBQ-2D,常州普天仪器制造有限公司),人工气候培养箱(LRH-300-GST,广州沪瑞明仪器有限公司),超净工作台(SW-CJ-2FD,苏净集团安泰公司),高压蒸汽灭菌锅(YXQ-LS-50S11,上海博迅实业有限公司),电子分析天平(FA2004,上海舜宇恒平科技仪器有限公司),数字式精密pH计(PHS-3C,上海精密科学仪器有限公司),双目生物显微镜(B204LEDR,上海比目仪器有限公司),冷冻高速离心机(TGL-16M,湖南湘仪)。(2)主要药品:萘,丙酮,葡萄糖,菲,柠檬酸,邻苯二甲酸,联苯,醋酸钠,α-萘酚,醋酸铅,二氯乙烷,无水硫酸钠,十二烷基苯磺酸钠,十二烷基硫酸钠。所有药品均为AR,分析纯。
1.2 试验方法 龙源期刊网
1.2.1 多环芳烃降解菌的富集培养 分离降解多环芳烃微生物采用单层平板划线分离法[7]。在无菌操作条件下,将采集到的10g土样和10mL水样分别加入200mL萘-无机盐培养液中(土样中加数粒玻璃珠将大块颗粒打碎),150r/min条件下震荡培养,7d后按体积比10%的接种量接种到新的培养基中,反复继代培养5次,以富集微生物生长菌。
1.2.2 多环芳烃降解菌的分离筛选 利用萘为唯一碳源的无机盐培养基进行微生物培养,使能利用萘的微生物存活下来,而其他微生物死亡的原理,从样品中分离筛选出多环芳烃降解菌。将富集培养后的培养液用稀释涂布法在萘-无机盐固体培养基平板上进行分离,并进一步反复划线分离在此培养基上生长出来的菌种。对能在萘-无机盐培养基上生长的微生物菌种进行形态学观察,包括菌落、菌苔、生活习性、生长速度、对环境的适应能力等,筛选出长势较好的微生物菌种,此菌种即为多环芳烃降解菌。
1.2.3 多环芳烃降解菌的生理生化鉴定 对分离筛选出的菌种进行生理生化实验鉴定。鉴定方法包括革兰氏染色、芽孢染色、荚膜染色、甲基红试验、乙酞甲基醇试验、葡萄糖发酵试验、过氧化氢酶试验和柠檬酸盐试验等。
1.2.4 多环芳烃降解条件的优化驯化
1.2.4.1 温度对多环芳烃降解的影响 温度是影响微生物生长代谢的重要因素,不同的温度使微生物产生不同的生理生化反应。分别移取10mL筛选出的2个菌种菌悬液至萘无机盐固体平板上,进行涂布无菌接种,置于分别设置为20℃、25℃、28℃、30℃、35℃和40℃6组培养温度的培养箱中培养,除温度外其他培养条件相同,每组温度每种菌种接种3个培养皿,经培养7d后,观察所有培养皿中接种菌种的生长情况。
1.2.4.2 转速对多环芳烃降解的影响 实验中多环芳烃降解体系为液相,在降解过程中振荡培养能加速降解菌对多环芳烃的降解过程,不同的转速下降解效果不同 [8]。分别移取10mL筛选出的2个菌种菌悬液至装有100mL萘无机盐液体培养基的250mL三角瓶中,置于分别设置转速为60、90、120、150、180、210r/min的摇床上进行振荡培养,除转速外其他培养条件相同,培养7d后划线接种于萘无机盐固体平板上,培养5d,观察降解菌的生长状况。
1.2.4.3 多环芳烃浓度对降解的影响 多环芳烃萘作为降解物,为降解菌提供碳源,其浓度的大小对降解菌的生长代谢有着很大的影响。设置萘丙酮的浓度分别为200、250、280、300、320、350mL/L,分别移取10mL筛选出的2个菌种菌悬液至装有100mL不同浓度萘无机盐液体培养基的250mL三角瓶中,摇床振荡培养7d后划线接种于萘无机盐培养基固体平板上,28℃培养5d,观察降解菌的生长情况。
1.2.4.4 pH值对多环芳烃降解的影响 设置萘无机盐培养液的pH值分别为5.0,6.0,7.0,7.5,8.0,9.0其6组梯度,分别移取10mL筛选出的2个菌种菌悬液至装有100mL不同pH值萘无机盐液体培养基的250mL三角瓶中,摇床振荡培养7d后划线接种于萘无机盐培养基固体平板上,28℃培养5d,观察降解菌的生长情况。 龙源期刊网
1.2.4.5 降解菌接种量对多环芳烃降解的影响 接种量的多少也会影响到整个降解体系的降解效率。移取接种量分别为5mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL筛选出的2个菌种菌悬液至装有100mL相同萘无机盐液体培养基的250mL三角瓶中,摇床振荡培养7d后划线接种于萘无机盐培养基固体平板上,28℃培养5d,观察降解菌的生长情况。