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主题:环境生物技术 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2024-01-03

环境生物技术论文范文

环境生物技术论文

目录

  1. 第一篇环境生物技术论文范文参考:环境生物技术处理畜禽养殖废水的生物学效应研究
  2. 第二篇环境生物技术论文样文:基于微流控芯片技术的快速环境免疫分析检测新方法
  3. 第三篇环境生物技术论文范文模板:抗虫与抗除草剂转基因渐渗对水稻野生近缘种适合度和进化潜力的影响
  4. 第四篇环境生物技术论文范例:生物降解微生态系统优化技术的基础研究
  5. 第五篇环境生物技术论文范文格式:多芳环化合物降解菌的筛选、特性及降解途径研究

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第一篇环境生物技术论文范文参考:环境生物技术处理畜禽养殖废水的生物学效应研究

近年来,随着规模化畜禽养殖业的快速发展,畜禽排泄物和其他废弃物的产生量随之快速增加,造成环境污染,使畜禽养殖业发展与环境污染的矛盾日益凸现,其本身也成为畜禽养殖业可持续发展的制约因素.畜禽养殖污染已成为当前继工业污染、生活垃圾污染后的第三大污染源.畜禽养殖污染源来自于从畜禽体内排出的有害气体、粪便及其分解产生的臭气、动物体表掉落的毛屑以及养殖场站的冲洗废水.畜禽养殖污染治理难度大,方法较多,其中环境生物学方法是净化畜禽养殖废水的核心技术.本文探讨了好氧微生物和人工湿地技术处理畜禽养殖废水的生物学效应.

好氧微生物处理主要研究在短程硝化反硝条件下的脱氮效果,探讨了间歇好氧系统中pH、氨氮负荷和碳氮比(C/N)、溶解氧(DO)几种运行参数对形成HNO_2积累的影响,在SBR系统中实现短程硝化的途径,以及如何通过改变间歇式好氧系统的运行参数和模式来实现稳定亚硝酸的积累.

人工湿地试验在四川农业大学教学科研园区的畜禽养殖污水处理站的水平流人工湿地系统中进行,湿地植物采用芦苇(Phragmites australis(clav.)Trin),以及在湿地处理中未见报的水山姜(Alpinia aquatuca(koen.)Rose),基质采用紫色土、河沙、砾石.研究了湿地系统在畜禽养殖废水中的脱氮除磷作用;采用两种浓度畜禽废水(高浓度畜禽废水原水和经一倍稀释的畜禽废水)处理芦苇,对芦苇的芦苇根系活力、丙二醛(MDA)含量、叶绿素含量、游离脯氨酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性等生理特性的影响进行了测试;对高浓度畜禽废水污染胁迫下,湿地植物芦苇的RAPD指纹图谱的变化进行了研究.

研究结果表明:

(1)pH值大于9时,影响亚硝酸细菌的活性,使亚硝酸盐积累减小.pH值通过影响分子态游离氨(FA)浓度来影响亚硝酸盐的积累过程,pH值为8.5时达到最好的脱氮效果,亚硝酸积累量大,而此时磷去除效果相对也较好,主要是好氧反硝化菌在对除磷起作用.控制运行过程中的曝气量、pH值一定时,氨氮负荷较高有利于亚硝酸的积累,并且也有较好的脱氮效果,但如果过高却会抑制亚硝酸细菌的活性,而硝酸细菌的活性有所提高.保持进水稳定的氨氮负荷、DO和pH值,进水的COD值变化对亚硝酸积累也有影响,当C/N等于7时亚硝酸积累量大,脱氮率、除磷率和COD去除率均高.

(2)SBR系统中,保持F/M、C/N、pH、MLSS和温度恒定的情况下,DO浓度与三氮浓度有良好的相关性,当DO为3.0mg/L时,亚硝基氮的积累率达到了85%,出水氨氮为0mg/L,达到了良好的短程硝化反硝化目的.保持DO值为2.0mg/L-7.0mg/L下,SBR系统运行良好,除7.0mg/L外,其他浓度下,总氮去除率都达到了99%以上,COD去除率保持在95%左右,出水水质很好.磷的去除率随DO值的增高总体下降并呈反常波动,DO值为0.5-1.0mg/L时,在短程硝化反硝化系统中总磷的去除率能够达到90%.

(3)土壤对磷的吸附随着振荡时间的增加而增加,沙和砾石的吸附量在振荡时间为8小时最大;Langmuir方程,Freundlish方程,Temkin方程都能很好拟合人工湿地基质对磷的等温吸附数量,其中Langmuir等温式的拟合程度最好;三种基质在磷吸附上不存在竞争吸附.人工湿地对磷的去除主要机理是基质对磷的吸附,土壤的吸附量大于河沙,砾石的吸附量最小.规模化人工湿地中,基质对磷的吸收是沿床体方向逐渐增大的.畜禽养殖废水对N、P在植物器官中的分布有一定的影响.水山姜根的吸氮能力最好,芦苇地上部分吸氮能力好于地下部分.对于吸磷来说,水山姜除磷能力不明显,芦苇叶的吸磷效果最好.

(4)对于氮磷的去除,有植物系统的去除率要高于无植物系统,通过方差分析,这种差异并不明显,说明湿地中植物去除并非脱氮除磷的主要原因.复合床的除去率均高于单独的植物床(NO_2~--N除外).

(5)一级处理工艺(气浮塔)和二级处理工艺(CASS池)出水按不同比例混合,对模拟人工湿地的脱氮除磷能力有一定影响:对于TP的去除,芦苇(Phragmitesaustralis)、水山姜和复合床都在进水比为7:3时最大;对于COD的去除,三种湿地床均在进水比为8:2时最大;对于Ni_4~+-N的去除,三种湿地床均在进水比为5:5时最大.C/N比对模拟人工湿地的脱氮能力也有一定影响:芦苇床氨氮去除的最佳碳氮比为1:1;水山姜床氨氮去除的最佳碳氮比为3:1;复合床氨氮去除的最佳碳氮比为4:1.另外,模拟人工湿地的除磷能力随着基质中FeCl_3含量的增加而增强.

(6)通过对污水处理站人工湿地不同部位基质的硝化、反硝化强度研究发现:人工湿地系统硝化能力在床体前端最低,反硝化能力在床体前端最大;硝化和反硝化速率均在0-8h时最大;硝化与反硝化强度具有较明显的分层现象,上层强度高于下层,并且沿床体方向呈现负相关;不同的碳源对反硝化强度有影响:不加碳源<5倍碳源<3倍碳源.通过定期对其不同部位的水质进行监测,各污染物浓度沿床体方向是不断降低的,而且其降解效率随着时间和部位的变化而变化.对于氨氮来说,8月份的时候除氨氮的效果最好,在前端降解最快;除磷效果在7月份的时候最好,在湿地后半部分降解最快.

(7)采用两种浓度畜禽废水(高浓度畜禽废水原水和经一倍稀释的中浓度畜禽废水)胁迫湿地植物芦苇,研究其对芦苇叶片和根系生理特性的影响.结果表明,两种浓度畜禽废水对芦苇的生理特性的影响相似,但胁迫强度不同,各生理指标在长时间连续胁迫下的变化幅度为高浓度畜禽废水大于中浓度畜禽废水,说明高浓度畜禽废水较中浓度畜禽废水对芦苇的生理影响更为强烈.人工湿地试验地中生长的芦苇,除MDA含量和SOD活性较江河河心滩清水中自然生长状态下生长的芦苇低外,其余生理指标均较高.

(8)在两种浓度畜禽废水胁迫下芦苇SOD活性明显上升;POD活性在胁迫初始时急速下降,到中后期则逐步恢复到胁迫前的水平;CAT活性则在整个处理期间逐渐下降.POD活性的变化趋势说明胁迫初期芦苇受到的伤害较大,随着胁迫时间的延长,芦苇对畜禽废水的胁迫逐渐产生适应性,胁迫未能引起芦苇体内有害物质H_2O_2的大量积累.SOD活性明显上升说明芦苇在畜禽废水胁迫下其体内产生了大量的超氧阴离子自由基(O_2),要消除O_2带来的危害必然会生成产物H_2O_2,而POD和CAT活性的变化趋势说明POD和CAT并未能起到因消除O_2带来的危害而产生的H_2O_2的作用,因此推测芦苇体内存在另一种保护机制消除H_2O_2累积带来的危害,这种保护机制可能是一些非酶促活性氧清除系统在发生作用.

(9)在畜禽废水胁迫下,芦苇根系活力明显上升、MDA含量缓慢下降、游离脯氨酸含量在急速下降后稳定在一个较低水平.畜禽废水胁迫条件下芦苇根系活力上升有利于芦苇抵抗胁迫所带来的危害,增加抗氧化能力;在长达近一个月的胁迫中芦苇根系活力仍然维持在一个较高水平,说明芦苇的生长状况未受到较大影响;MDA是膜脂过氧化的重要产物,MDA的缓慢降低显示了芦苇在畜禽废水污染胁迫下,细胞膜系统并未遭受大的破坏,细胞膜脂过氧化作用较小,具体表现为电解质渗漏减小,质膜透性降低.脯氨酸含量的下降则说明芦苇并未能够启动脯氨酸含量的累积机制来增强对畜禽废水胁迫的抗逆性,不利于芦苇抵抗逆境的伤害,但从另一个角度说明芦苇受到的伤害较小,芦苇对畜禽废水胁迫具有较强的抗逆性.

(10)总叶绿素含量在两种浓度畜禽废水胁迫下都呈现缓慢下降的趋势,而叶绿素a/b值则均呈现上升趋势;总叶绿素含量缓慢下降说明芦苇叶片光合作用受到部分影响,芦苇叶片有衰老迹象,但并未对芦苇的生长状况产生较大影响.叶绿素a/b值上升是由于叶绿素b下降幅度比叶绿素a下降幅度更大所致.因此,叶绿素a/b值应受到叶绿素a和叶绿素b两种因素共同作用,单纯把叶绿素a/b值下降作为衡量植物叶片衰老的重要指标是有一定适用范围的.

(11)从畜禽废水胁迫下芦苇的生理指标的变化结果显示出,高浓度和中浓度畜禽废水胁迫对芦苇的生长状况影响较小,表现了较强的抗逆性和耐受性.在160个随机引物中进行筛选,找到三个能够扩增出差异且重复性较好的RAPD引物:S74、S516和S14,说明在高浓度畜禽废水长期污染胁迫下芦苇在DNA水平上产生了变异,芦苇在高浓度畜禽废水污染胁迫下的抗污染和旺盛生长特性也可能与这种变异有关.本研究结果为在分子水平上进一步揭示人工湿地植物的强去污能力机理和抗污染特性提供了参考依据.

第二篇环境生物技术论文样文:基于微流控芯片技术的快速环境免疫分析检测新方法

随着社会的发展和环境问题日益受到重视,环境科学研究的内涵不断的丰富,对于自然界中环境与生物的相互作用,尤其是环境中各种生物个体与生物相关物质的特点与变化成为环境科学研究的热点之一.在环境科学的各种研究中,对于各种环境因子的分析与测定是进行这些研究工作的基础和前提.在传统的环境分析方法的基础上,随着生物技术手段的丰富与完善,在环境科学的研究中越来越多的利用到生物技术手段进行分析.生物技术分析方法相比传统的物理化学手段,有更高的灵敏性和特异性,但是同样受检测仪器以及反应试剂所限,难以进行真正的快速高效的现场测试.同时生物抗体试剂价格较高,在进行大量测定时,成本很高.因此需要开发一种快速、简易、便携、低成本的检测技术,以满足实际的需要.

在微加工技术成熟与发展过程中,微流控芯片已经开始在传统的化学、生物学领域有了广泛的应用.微流控芯片以小型化微型化的优势,可以缩短反应时间,减少试剂消耗,并可进行自动化和并行处理.大多数芯片内的反应总体系小于1微升,极大的减少了试剂消耗;在微流控芯片中,很多抗原抗体分子结合反应速度或其它生物分子之间的识别结合速度有明显的提高,大多数的抗原和抗体之间的反应可以在30分钟内完成.其它许多种生物技术,也都在微流控芯片上成功实现.

本论文主要通过微流控芯片技术和免疫分析技术,建立并开发水体样本中草甘膦、蛋白质分子和原虫包囊的检测方法;初步建立对空气中细菌富集和检测的方法.从环境水体和空气中农药、生物大分子以及微生物三类检测对象来开发新的环境生物分析方法和检测平台.

草甘膦(Glyphosate, C3H8NO5P)是一种非选择性除草剂,广泛应用于农业、林业和水生杂草控制.在国家最新出台的生活饮用水标准GB5749-2006中,草甘膦的限值为0.9毫克/升.本研究基于酶联免疫吸附试验(ELISA)反应机理,在微流控芯片上开发了一种草甘膦选择性检测方法.本方法可以快速检测草甘膦,最低检出浓度约为0.1ppb.与传统的ELISA试剂盒相比,可以节省3/4的时间,并降低4个数量级的试剂消耗.

蓝氏贾第鞭毛虫包囊和隐孢子虫卵囊是国家最新出台的生活饮用水标准GB5749-2006中新增的检测指标,原虫微生物对人类健康的危害也日益引起人们的重视.本研究同样开发了一种用于检测水体中蓝氏贾第鞭毛虫包囊、隐孢子虫卵囊和阿米巴包囊的免疫方法,同时该方法也可以检测原虫感染患者血清中抗体和其它样本中的原虫蛋白,并有希望开发成为一种快速的原虫检测平台.本方法通过在PDMS微流控芯片内能过微球捕获原虫的包囊或卵囊,然后用原虫特异性抗体进行免疫识别并荧光显色,最后用有CCD配置的荧光显微镜记录反应产生的荧光信号.同时我们也开发了一种阿米巴相关蛋白的临床免疫检测方法,检测结果与常规ELISA结果一致,检测时间从原来的三小时缩减至不到一小时.该方法也有希望应用在其他环境中微生物的快速检测中.

对环境中病原微生物的检测对于人类健康具有重要的意义.高效收集富集空气中的微生物,是进行空气中微生物快速分析的关键和前提.我们开发一套微流控芯片装置,能够快速、高效的实现空气中细菌的富集和检测.并以大肠杆菌和金*葡萄球菌为例进行了收集验证与检测,其富集效率可接近100%,与传统沉降法对比,富集速度提升4-5倍,免疫检测装置最低可检出十几个金*葡萄球菌.该芯片装置操作简单,价格便宜,效率高,结果好.免疫检测芯片结果与传统涂版计数结果一致.

目前,国家对于环境中农药、生物大分子以及微生物等危害人体健康的污染物质检测方法的可靠性、实用性和稳定性有较迫切的需求.本研究在微流控芯片上实现了对于水体的农药草甘膦、蓝氏贾第鞭毛虫包囊、隐孢子虫卵囊、阿米巴虫包囊及特异性蛋白的免疫检测;此外,通过微流控芯片对微生物气溶胶进行收集和检测进行了前瞻性的研究工作,这些都是目前环境科学关注的重点,对于维护环境健康、防治环境污染物导致的疾病具有重要的意义.通过以上实验证明,微流控芯片具有快速、灵敏、特异性强、低消耗等特点,是适用于水、空气中环境污染物的快速分析检测的最佳研究方法之一、本研究研发的微流控装置,经过进一步优化开发并与其它检测模块、控制模块整合,有希望实现多种现场环境检测.

第三篇环境生物技术论文范文模板:抗虫与抗除草剂转基因渐渗对水稻野生近缘种适合度和进化潜力的影响

转基因生物的环境释放及其可能带来生物安全方面的影响在全球范围内广受关注和争议,特别是转基因通过基因流逃逸到栽培作物的野生近缘种及其可能造成的潜在生态风险.水稻作为全世界重要的粮食作物,目前已经开展了大量转基因生物技术方面的试验研究,2009年两种抗虫转基因B水稻品系在中国获得了安全证书,表明转基因水稻可能将面临商品化.在此背景下,对转基因水稻的环境生物安全,包括转基因逃逸及其潜在环境生物安全进行科学评价十分迫切,特别是转基因逃逸到水稻的野生近缘种可能带来的生态风险是全球关注的生物安全焦点.

科学地评价转基因逃逸带来的生态风险,需要依次对转基因逃逸频率、转基因的表达和转基因对受体适合度的影响三个环节进行评估.目前,对转基因逃逸到野生近缘种的基因流频率和转基因表达研究已相对成熟,但是对不同转基因(包括抗虫与抗除草剂转基因)逃逸后对野生近缘种适合度的改变以及长期生态影响方面的研究却十分缺乏,而适合度效应是转基因能否带来潜在生物安全的关键.对于水稻的野生近缘种杂草稻和普通野生稻来说,两者分别分布于人工选择较为强烈的栽培环境和自然选择较为强烈的野外环境,并且具备不同的生物学习性,因而转基因通过基因流逃逸可能会对两种野生近缘种的生存和进化带来不同的生态后果,可以作为转基因逃逸相关生态安全评价的模式体系进行研究.为了完善对水稻转基因逃逸的生态风险评价体系,本论文研究通过建立抗虫和抗除草剂转基因水稻与其野生近缘种(包括杂草稻与普通野生稻)的多世代杂交后代体系,对不同类型的转基因以及作物背景基因对杂草稻和普通野生稻群体的适合度影响进行了长期和系统的研究,并尝试推测转基因逃逸对野生近缘种进化潜力的影响及其可能带来的长期生态风险,为转基因水稻的商品化种植提供环境安全方面有价值的参考.本论文主要的研究结果如下:

(1)通过研究抗虫转基因Bt/CpTI与CpTI对栽培稻-杂草稻F2-F3杂交后代的适合度效应发现,Bt/CpTI在较高的虫压下能有效抑制虫害伤害并为杂交后代带来一定的适合度利益(如饱粒数);CpTI虽然也能在一定程度上抑制虫害,但是效果与Bt/CpTI相比较弱,并不能为杂交后代带来生存能力和结实能力方面的利益.因此,CTI基因与Bt基因相比为杂交后代带来的适合度利益较为有限.除了适合度利益,我们在F3代实验的加密混种小区中检测发现Bt/CpTI会带来一定的适合度成本,这与Bt/CpTI栽培稻适合度实验中的结果较为一致.

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(2)通过研究抗虫转基因Bt/CpTI对栽培稻-杂草稻F4-F7杂交后代的适合度效应发现,Bt/CpTI在高世代杂交后代仍然能保持有效的抗虫性并能在较高虫压下为其带来生存能力和结实能力上的利益,且Bt/CpTI的抗虫性和适合度效应在不同世代之间无显著差异.另外,本研究还发现在不同的栽种方式下随着单位面积转基因植株密度的增加,虫害的发生水平会受到抑制,从而限制了转基因由于抗虫优势所带来的适合度利益.

(3)通过研究Bt/CpTI抗虫转基因栽培稻与杂草稻F1-F7代多世代杂交后代的适合度表现,揭示了栽培稻-杂草稻杂交所产生后代的适合度在世代间的变化,并结合抗虫转基因的抗虫性和适合度效应及其世代趋势,表明杂交低世代在营养生长性状上暂时的*优势和生殖生长性状上暂时的*不亲和会导致我们对Bt/CpTI在杂草稻群体中的适合度影响出现误判,而高世代*优势的消失和育性的恢复将共同影响转基因渐渗和扩散过程,对指导转基因生物安全评价具有重要意义.

(4)通过研究Bt/CpTI抗虫转基因栽培稻(及其不含转基因栽培稻对照)与普通野生稻F1代*的适合度表现发现,栽培稻与野生稻的杂交本身可以产生营养生长能力、生殖生长能力和竞争能力都较强的F1代*,而Bt.CpTI能为F1代*带来额外的抗虫优势,并在较高的虫压水平下为Fl代*带来显著的适合度利益,这有可能促进Bt/CpTI转基因通过F1代*渐渗到野生稻群体并进一步扩散.

(5)通过研究EPSPS抗除草剂转基因栽培稻(及其不含转基因栽培稻对照)与不同来源的普通野生稻低世代杂交后代的适合度表现发现,EPSPS在无除草剂压力的环境下可以缩短杂交后代的生长期,增加杂交后代的营养生长能力、生殖生长能力以及竞争能力.结合低世代杂交后代在营养生长能力、生殖生长能力和竞争能力上相对于野生稻亲本的优势,表明EPSPS通过基因流进入野生稻群体后很有可能通过增加杂交后代的适合度对野生稻群体的生存和进化造成显著的影响,从而带来一系列潜在的生态安全后果.

上述实验研究结果的获得及其分析得出的结论,可以进一步完善转基因逃逸到水稻野生近缘种相关的环境生物安全评价方法,为研究转基因对杂草稻和普通野生稻长期的进化影响和生态后果提供重要依据,为转基因水稻商品化后的环境生物安全管理提供有价值的参考.另外在群体遗传学和进化生物学方面,可以为基因流研究,特别是作物和野生近缘种之间长期的杂交-渐渗及其进化效应方面的研究提供理想的模式材料体系,而对转基因在杂交-渐渗过程中表现的研究可以为适应性进化以及适应性性状在群体中固定和扩散过程的研究提供模式体系.


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第四篇环境生物技术论文范例:生物降解微生态系统优化技术的基础研究

本文从微生物生态学的理论出发,应用环境生物技术和生物降解技术的手段,进行了生物降解微生态系统优化的技术基础研究.通过对微生态系统理论分析,讨论了优化生物降解微生态系统的理论基础;通过复合菌群的选择富集培养和水体微生物修复试验,研究了水体微生态系统的优化方法及其在水体修复的作用;通过复合菌群对常规生物降解微生态系统的影响试验,研究了利用复合菌群优化构建微生态系统的方法和优化生物降解微生态系统的应用技术.本文的主要结论如下: (1)优化生物降解过程中微生态系统对促进生物降解技术的提高有重要作用.投加外源复合菌群和利用反应器的生物选择作用是优化生物降解微生态系统的重要措施.

(2)外源微生物一方面可以调节生物降解微生态系统中微生物种群和群落的相互作用,另一方面可以提高微生态系统中微生物浓度和代谢活性,从而达到优化微生态系统的目的.

(3)利用选择培养基对复合菌群进行富集培养,可以得到不同优势菌为主的富集培养液,提高了微生物的代谢活性和对环境的适应性.复合菌群富集培养效果受到培养基碳、氮源形式培养基组成和浓度、厌氧和好氧条件、环境pH值、菌种接种量的影响.

(4)复合菌群经过不同富集培养,对污染水体的生物降解均具有一定的促进作用.其中,以复合培养基培养的复合菌群的生物降解效果最佳.复合菌群的富集培养方式不同、环境水体的有机物浓度及溶解氧浓度均影响微生物对水体修复效果,说明了环境水体微生态系统对水体演替的影响.

(5)复合菌群和活性污泥协同作用,可以提高系统的生物降解能力,生物降解符合一级反应动力学方程.复合菌群对活性污泥的微生态系统具有优化作用.复合菌群共培养污泥与引种培养污泥相比,大大改善了污泥的凝聚和沉降性能,提高了污泥的生物活性和系统的耐冲击负荷的能力.

(6)在生物膜系统中通过引种和共培养复合菌群后,生物膜微生态系统较活性污泥微生态系统更加稳定.其中,利用复合菌群共培养生物膜,系统生物降解稳定性明显提高.

(7)结合SBR生物选择的特点及生物膜微生态系统特点,利用复合菌群通过共培养构建的复合菌群SBR膜法生物降解反应器,进一步优化了生物降解微生态系统,强化了生物降解能力.试验结果表明,系统处理出水NO_3-N、NH_3-N、P、COD的浓度分别可以达到0.56mg/L、1.30mg/L、0.18mg/L、46.0mg/L,和对照组出水2.01mg/L、1.70mg/L、0.52mg/L及120.5mg/L相比有显著提高.

第五篇环境生物技术论文范文格式:多芳环化合物降解菌的筛选、特性及降解途径研究

多芳环类化合物是化学合成工业中的一大类重要原料,种类繁多,广泛应用于制药、化工和印染等行业,易造成水体、土壤等环境污染.丙酯草醚,[4-(2-(4,6-二甲氧基-2-嘧啶氧基)苄胺基)苯甲酸正丙酯],是我国具自主知识产权的新型高效除草剂,丙酯草醚原药、油力(10%乳油制剂)和油力Ⅱ(10%悬浮剂)已获农药临时登记证和农药生产批准证书.然而,关于丙酯草醚的微生物降解特性和生物降解途径及其降解蛋白质组学的相关研究迄今未见报道,关于同时降解萘和丙酯草醚的基因工程菌也未见报道.本研究综合运用传统微生物学实验方法、核素示踪技术、现代生物技术和现代仪器分析技术,分别从化工园区污水处理厂活性污泥和常州市南郊施用过丙酯草醚的农田土壤中筛选、纯化获得丙酯草醚高效降解菌株Amycolatopsis sp.M3-1和萘高效降解菌株Pseudomonadaceae sp. Nai8,系统研究丙酯草醚和萘的微生物降解特性,以[B环-4,6-14C]标记丙酯草醚和[C环-U-14C]标记丙酯草醚为示踪剂,研究丙酯草醚在水体和土壤中的生物降解途径,利用双向电泳技术初步鉴定了菌株M3-1降解丙酯草醚的降解功能酶,并利用原生质体融合技术,构建可同时降解丙酯草醚和萘的高效工程菌MN6.微生物降解丙酯草醚的特性及降解途径、代谢机制等进行系统的研究,有助于深入了解丙酯草醚在环境的行为,为合理、安全使用丙酯草醚和环境生物修复提供技术支持和理论指导,保证环境和农产品的安全性.

本研究的主要研究结果如下:

1.从自然界中富集、筛选出5株以萘为唯一碳源和15株以丙酯草醚作为唯一碳源生长的降解菌.对降解效果较好的菌株Nai8、M3-1和CY进行进一步研究,经生理生化和16S rDNA鉴定,菌株Nai8为Pseudomonadaceae sp.Nai8, M3-1为较罕见的地中海拟无枝酸菌Amycolatopsis sp.M3-1, CY为Bacillus sp. CY.菌株M3-1降解丙酯草醚的最适条件为35℃、pH6.0、接种量8%,底物浓度为100mg/L,培养25天,丙酯草醚降解率达63.30%.当丙酯草醚浓度高于300mg/L时,对菌株M3-1的降解效果有较强的抑制作用,并随着底物丙酯草醚浓度的增加而增强,而浓度较低时(<,150ppm)降解效果较好,较高浓度的丙酯草醚可以抑制菌株M3-1的生长繁殖速度,大大降低细胞内降解酶的生物合成速度,甚至抑制酶的合成.菌株Nai8降解萘的最适条件为30℃,pH7.0,接种量8%,培养100h,降解率达96.24%.

2.以B-14C-ZJ0273和C-14C-ZJ0273为示踪剂,研究水体中丙酯草醚在Amycolatopsis sp.M3-1的催化下的代谢规律,在培养体系中有6种中间代谢产物被检测出有放射性活度,用LC-MS鉴定其结构,并推导出ZJ0273在水溶液中的代谢途径.首先其丙基酯键被水解形成M1—(4-(2-(4,6-二*-2-嘧啶氧基)苄胺基)苯甲酸;随后,M1上的侧链CH-NH键发生酰化反应生成M2-(4-(2-(4,6-二*-2-嘧啶氧基)苯甲酰氨基)苯甲酸;同时,M1通过水解CH-NH键生成M3—--4,6-二*-2-嘧啶氧基苯甲酸,M2的CO-NH键也在Amycolatopsis sp. M3-1的催化下,发生水解反应形成M3,M3也是丙酯草醚在杂草中最主要的代谢产物;M3结构的醚键发生断裂反应生成M4—2-羟-4,6-二*-嘧啶和苯甲酸;M3嘧啶环上的甲氧基通过水解形成M5,即6-*-4-羟-2-嘧啶氧基苯甲酸,然后再通过进一步的水解生成M6—尿嘧啶(2,4-二羟基嘧啶)和苯甲酸.在自然环境中(如土壤和淤泥中)M4、M6和苯甲酸均可以被其他微生物作为碳源和能源,促进微生物的生长与繁殖,并最终被降解成C02和H20.

3.菌株M3-1对5种灭菌土壤红砂田(S1)、黄松田(S2)、黄泥田(S3)、淡涂泥田(S4)和黄石土(s5)中的丙酯草醚均具有去除作用.培养90天后,S1、S4和S3中丙酯草醚的残留量分别为48.60%、23.32%和5.31%.空白土样中丙酯草醚残留量均在缓慢的下降过程中,表明丙酯草醚在土壤中的光解、水解及矿化等自然消解作用对丙酯草醚有一定的去除作用,但是去除效果不明显.M3-1在5种未灭菌土壤中对丙酯草醚也具有很好的去除作用,培养90d,丙酯草醚在五种土壤中的残留量分别为33.50%,31.14%,31.52%,22.03%和4.22%.

4.运用蛋白质双向电泳技术,丙酯草醚诱导菌株M3-1前后的蛋白变化进行了初步研究,结果表明,菌株M3-1经过丙酯草醚诱导之后,胞内蛋白图谱发生较大的变化,双向电泳检测出6个新蛋白点,5个表达量增加2倍以上的蛋白点(超过1倍上的蛋白质点多达16个以上),通过MALDI-TOF-MS鉴定出8个蛋白质,分别是Phosphoglycerate kinase、 Citrate sysnthase、Lipase、Biotin carboxylase、aldehydrogenase、Small subunit aromatic oxygenase等与细胞生长与代谢相关的酶系.

5.采用紫外诱变法,获得M3-1和Nai8的脯氨酸(Pro-)缺陷型菌株和天冬酰胺(Asn-)缺陷型菌株.通过原生质体融合,构建8株可以同时降解丙酯草醚和萘的工程菌,其中工程菌株MN2和MN6对萘和丙酯草醚的降解率较高,比原始菌株M3-1对丙酯草醚降解率(20d)分别提高了2.83%、6.87%,比菌株Nai5的降解率(48h)分别提高了10.82%和18.01%.

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