微生物單培養(yǎng)促進(jìn)產(chǎn)生了蒽醌染料的降解，并通過(guò)產(chǎn)生特定的酶形成聯(lián)合體
https://doi.org/10.1038/s41598-021-87227-6
第一作者：Smati Sambita Mohanty和Arvind Kumar
通訊作者：斯瓦蒂桑比塔莫漢蒂
通訊單位：印度奧迪沙魯爾凱拉國(guó)家技術(shù)研究所化學(xué)工程系
研究亮點(diǎn)
本研究提出了一種新的生物降解方法，即聯(lián)合BP處理含蒽醌染料的紡織廢水。它能使染料完全脫色并將其轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的化學(xué)形式。而采用傳統(tǒng)的物理法或化學(xué)法降解，存在難降解染料及其代謝物去除不徹底、污泥產(chǎn)生量增加、造成二次污染、難以實(shí)施的缺點(diǎn)。
成果簡(jiǎn)介
開(kāi)發(fā)了細(xì)菌聯(lián)盟BP，其中包括彎曲芽孢桿菌TS8，奇異變形桿菌PMS和銅綠假單胞菌NCH。所開(kāi)發(fā)的BP聯(lián)合體可用于含蒽醌染料的紡織廢水脫色，同時(shí)降低其毒性，處理后的廢水的水質(zhì)可推薦用于農(nóng)田灌溉。
從生物降解過(guò)程中獲得的信息和降解活性染料所涉及的酶機(jī)制為蒽醌基染料在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化提供了更好的知識(shí)，并解決了工業(yè)層面的關(guān)鍵。
要點(diǎn)一：利用微生物群體在代謝過(guò)程中的協(xié)同作用，使它們?cè)诮到夂铣扇玖戏矫姹憩F(xiàn)出優(yōu)越的生物降解水平
此研究?jī)?yōu)化了菌群對(duì)染料脫色所需的參數(shù)，一個(gè)由三種生物組成的發(fā)達(dá)聯(lián)盟，在好氧條件下對(duì)工業(yè)蒽醌染料靛蒽藍(lán)RS和各種染料的混合物進(jìn)行脫色，單獨(dú)評(píng)價(jià)的三種細(xì)菌均為高效染料脫色劑。研究人員將單個(gè)菌株的一個(gè)接種環(huán)(彎曲芽孢桿菌TS8，奇異變形桿菌PMS和銅綠假單胞菌NCH）分別加入100mL營(yíng)養(yǎng)肉湯中，在30℃有氧條件下培養(yǎng)24小時(shí)，將每株菌株的50ml培養(yǎng)24小時(shí)無(wú)菌地轉(zhuǎn)移到250ml燒瓶中得到聯(lián)合體BP，此過(guò)程使純培養(yǎng)物和聯(lián)合體中保持相同的細(xì)胞數(shù)。聯(lián)合體BP也被用作脫色研究的接種物。表1中的數(shù)據(jù)展示了不同蒽醌類(lèi)染料（100ml）的平均脫色率和聯(lián)合體BP的平均脫色率。
研究人員研究了溫度、PH、染料濃度等物理化學(xué)因素對(duì)難降解靛蒽藍(lán)RS染料的脫色效果，并于單獨(dú)的純培養(yǎng)物（BF、PM、PA）及BP聯(lián)合作用進(jìn)行了研究。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。
表1：不同蒽醌類(lèi)染料（100ml）的平均脫色率和聯(lián)合體BP的平均脫色率
表2：不同溫度、PH和染料濃度下，不同菌株和不同組合BP對(duì)靛蒽藍(lán)RS的脫色性能和培養(yǎng)時(shí)間
要點(diǎn)二：微生物聯(lián)合體產(chǎn)生的酶對(duì)染料脫色非常有效
微生物利用它們的多功能酶系統(tǒng)使染料脫色。本研究觀察了木質(zhì)素過(guò)氧化物酶、漆酶、酪氨酸酶、NADH-DCIP還原酶和偶氮還原酶對(duì)脫色機(jī)理的誘導(dǎo)作用，聯(lián)合BP培養(yǎng)可顯著誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)木質(zhì)素過(guò)氧化物酶（375%）、細(xì)胞外木質(zhì)素過(guò)氧化物酶（332%）、漆酶（311%）、酪氨酸酶（350%）和偶氮還原酶（507%）的酶活性。三種微生物的協(xié)同作用可能導(dǎo)致BP群體中氧化還原酶的高誘導(dǎo)率。這種酶的作用機(jī)制使聯(lián)合體BP在較短的時(shí)間內(nèi)脫色ind蒽藍(lán)RS，這是因?yàn)樗鼈兲岣吡舜婊盥省⑦m應(yīng)性和酶活性，本研究探討了所開(kāi)發(fā)的聯(lián)合體和純培養(yǎng)基對(duì)各種蒽醌染料的脫色能力。表3是聯(lián)合體BP（完全脫色）、彎曲芽孢桿菌TS8、奇異變形桿菌PMS和銅綠假單胞菌NCH中9小時(shí)后染料降解酶的活性。
表3
要點(diǎn)三：考察不同菌種的重復(fù)脫色并進(jìn)行生物降解分析
細(xì)胞生物量的重復(fù)利用是脫色過(guò)程中的一個(gè)經(jīng)濟(jì)參數(shù)。在最佳條件下，考察了不同菌株（BF、PM、PA）和BP聯(lián)合體對(duì)吲哚蘭RS染料（100mg L）的重復(fù)脫色能力。個(gè)別菌株脫色可多達(dá)3個(gè)重復(fù)染料循環(huán)，聯(lián)合體BP可以維持到第7個(gè)周期，脫色率和時(shí)間要求略有不同，從而增加了聯(lián)合體對(duì)實(shí)際廢水脫色的相關(guān)性。圖1說(shuō)明了從第6周期到第9周期脫色效率的降低，增加了時(shí)間要求。微生物培養(yǎng)物進(jìn)入固定相并相繼進(jìn)入死亡階段，可能導(dǎo)致脫色逐漸減少，從而導(dǎo)致酶系統(tǒng)的抑制。同樣，在第11個(gè)染料循環(huán)中沒(méi)有觀察到脫色。培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的耗盡可能導(dǎo)致脫色過(guò)程的完成。
苯甲酸經(jīng)歷環(huán)分裂和連續(xù)轉(zhuǎn)化，在微生物中產(chǎn)生TCA循環(huán)中間產(chǎn)物，苯甲酸作為最終產(chǎn)物的形成表明，通過(guò)氧化代謝過(guò)程將有毒化合物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒化合物。圖2詳細(xì)說(shuō)明了聯(lián)合體BP對(duì)靛蒽藍(lán)RS降解至礦化的詳細(xì)路徑
圖1 圖2
小結(jié)
我們從這項(xiàng)研究中得出結(jié)論，含有靛蒽藍(lán)RS染料的紡織廢水經(jīng)聯(lián)合培養(yǎng)物處理后，染料完全降解，用于農(nóng)業(yè)灌溉，表明代謝物產(chǎn)品無(wú)毒，這項(xiàng)研究為人類(lèi)解決紡織廢水做出了重要的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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https://doi.org/10.1038/s41598-021-87227-6
