脱色希瓦氏菌/针铁矿还原去除甲硝唑及作用机制研究

甲硝唑等硝基咪唑类抗生素具有毒性强、生物难降解等特性,已造成地下水等厌氧环境的污染.因此,甲硝唑在厌氧环境中的迁移转化,以及环境中共存的微生物、铁矿物对抗生素转化降解的作用机制,逐渐引起人们的关注.本文研究脱色希瓦氏菌S12(Shewanella decolorationis S12,S12)/针铁矿对甲硝唑的还原去除,分析抗生素去除过程中生物量、吸附Fe(II)、针铁矿表面晶型变化,并利用液相色谱-质谱联用(LC-MS)对甲硝唑的降解产物和途径进行检测分析.结果表明:S12胞外还原针铁矿产生吸附Fe(II)能够促进甲硝唑的还原去除,显著降低甲硝唑对S12的生物毒性.S12的胞外还原促使针铁矿表面向蓝铁矿的晶型转变,甲硝唑的还原明显促进了该矿物晶相的转变.LC-MS分析推测甲硝唑经硝基还原、脱氨基和脱羟基途径,降解为毒性较低的产物.通过本文研究,能够帮助我们弄清微生物/铁矿物对抗生素还原降解的作用机制.

脱色希瓦氏菌（Shewanella decolorationis）S12^T的脱色特性

从印染废水活性污泥中分离到一株高效染料脱色菌,经鉴定该菌株为希瓦氏菌属的一个新种,命名为脱色希瓦氏菌(Shewanelladecolorationis)S12T。该菌株在偶氮染料浓度为50mg/L的培养基中培养4h后,染料去除率达到96%,对偶氮染料的最高脱色浓度达到2000mg/L。在浓度为500mg/L的偶氮染料平板上生长4d后,可观察到明显的脱色圈。全波长光谱扫描的结果表明希瓦氏菌S12T以生物降解的方式对偶氮染料进行脱色。希瓦氏菌S12T的脱色酶为组成型的胞内酶。

脱色希瓦氏菌S12的铁还原性能研究

从印染废水中分离得到了一株具有染料脱色功能的希瓦氏菌脱色新种。该菌能在厌氧条件下利用Fe3+作为末端电子受体获得能量,支持细胞生长。在pH8．0,温度30℃,柠檬酸铁800mg／L,乳酸钠2g／L,酵母抽提物0．5g／L的条件下,培养8h的过程中,菌体细胞量的增长完全与Fe3+的还原发展趋向一致。同时考察了碳氮源、乳酸钠、酵母抽提物、pH值和温度等方面对该菌株的生长和铁还原特性的影响。结果表明,菌体生长以LB为最好,以葡萄糖和乳酸钠为碳源时对铁还原有利。在酵母抽提物浓度4g／L范围内,菌体生长量和铁还原率随着酵母抽提物浓度的提高而提高。当乳酸钠为6g／L时,S12菌体生长量和铁还原率达到最佳。柠檬酸铁浓度为800mg／L时菌体生长量和铁还原率最高。在起始pH6～8的范围内,菌株S12的生长随着pH升高而升高,这也是菌株S12进行铁还原的最佳pH范围。菌株S12在温度范围20℃-40℃内均可生长和进行铁还原,而以30℃时最佳。

利用转座质粒plasposon构建荧光标记的脱色希瓦氏菌S12

采用分子生物学手段将具有转座功能的自杀性质粒pTnMod-okm与荧光蛋白基因eyfp构建重组质粒pTE-okm。pTE-okm通过结合转移进入脱色希瓦氏菌S12中,质粒上的转座子元件转座到S12的染色体上,而质粒本身的窄宿主复制位点使其在S12中不能得到有效的复制而"自杀"。荧光显微镜下筛选表达荧光蛋白的脱色希瓦氏菌克隆,通过对其提取质粒确定pTE-okm已经在脱色希瓦氏菌中自杀。筛选得到生长速度未发生延迟、脱色能力不受影响的荧光标记菌株S12-40。标记的脱色希瓦氏菌在无抗生素压力的情况下培养,传代20次(8h/次)后在荧光显微镜下依然查看到荧光蛋白的表达。该菌株的构建为研究其生态学行为奠定了基础。

脱色希瓦氏菌S12对十溴联苯醚的利用及其降解特性研究

针对目前日益严重的多溴联苯醚污染问题,研究脱色希瓦氏菌S12在厌氧条件下对十溴联苯醚的利用及其降解特性。通过测定OD600值和电子显微镜观察分析S12菌的生长情况,并采用GC-MS分析十溴联苯醚(BDE-209)及其代谢产物的含量和组成。结果表明,在二甲基亚砜助溶条件下脱色希瓦氏菌S12能以BDE-209为厌氧呼吸的电子受体获得生长,且培养75d后,初始浓度为50mg·L^(-1)的BDE-209降解率达81.07%,其降解产物主要为九溴代和八溴代产物。本研究为多溴联苯醚的污染生物修复提供了参考数据和指导作用。

零价铁对脱色希瓦氏菌S12偶氮还原的促进作用

以脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis)S12为实验菌株,研究了零价铁(ZVI)存在条件下微生物的厌氧偶氮还原特性及其最佳反应条件.结果表明,ZVI可显著促进菌株S12的厌氧偶氮还原速率.培养30 h后含有20 mmol.L-1微米级ZVI和S12菌的培养体系中,菌株S12对1 mmol.L-1苋菜红的脱色率达100%,比不含ZVI的S12菌培养体系和只含ZVI的体系的偶氮还原率分别提高了23.16%和94.66%;在额外含20 mmol.L-1甲酸钠的培养体系中,ZVI的存在也使S12菌对苋菜红的脱色率提高了20.54%.此外,ZVI的存在可显著提高培养体系对偶氮染料的耐受能力.在投加ZVI和菌株S12培养体系中,连续批量投加浓度为1 mmol.L-1的苋菜红可在276 h内实现11次有效脱色,而不含ZVI的S12菌培养体系中只能实现3次有效脱色.进一步的研究发现,ZVI与菌株S12协同培养体系的最适反应pH为9.0,最适ZVI投加量为60 mmol.L-1.与毫米级和纳米级ZVI颗粒相比,微米级ZVI颗粒具有更强的促进作用.本研究结果将为利用ZVI协同促进偶氮染料的生物治理效果提供科学参数.

脱色希瓦氏菌S12非特异性偶氮还原酶基因表达及特性

【目的】对脱色希瓦氏菌S12(Shewanella decolorationisS12)的acpD基因(登录号EF198254)及其表达活性进行研究。【方法】采用DNAMAN软件对该基因进行序列分析。利用PCR技术克隆含原有启动子的目的基因,与pGM-T载体连接后转化仅有微弱偶氮还原活性的大肠杆菌TOP10(Escherichia coliTOP10)中进行表达。通过分光光度法测定偶氮染料的还原活性。【结果】序列分析表明,该基因编码198个氨基酸残基组成的多肽,与希瓦氏菌ANA-3(Shewanellasp.ANA-3)的NAD(P)H-醌氧化还原酶基因(登录号CP000469)、奥柰达希瓦氏菌MR-1(Shewanella oneidensisMR-1)的acpD基因(登录号AE014299)编码多肽的氨基酸序列同源性分别高达97%和96%,与E.coliJM109中FMN依赖的NADH-偶氮还原酶(登录号NP-415930)氨基酸序列同源性为61%。它们在蛋白质二级结构排列上非常相似,尤其在活性中心FMN的结合位点(L7、L11环和L3环)上十分保守。同时,acpD基因在E.coli TOP10中的表达赋予了重组菌高效的偶氮还原活性。重组菌完整细胞能快速还原低极性无磺酸基团的甲基红,却不能对强极性多磺酸基团的苋菜红脱色;而当使用细胞粗酶液排除细胞膜屏障以后,强极性多磺酸基团的苋菜红亦能被高效还原。实验中还发现,该酶需要以NADH为电子供体,FMN的添加可显著提高其偶氮还原活性,而氧气的存在则明显抑制其活性。【结论】在E.coliTOP10中表达的偶氮还原酶定位在重组菌胞内,在体内或体外条件下都具有很强的还原不同极性偶氮染料的活性。脱色希瓦氏菌S12的acpD基因表达产物是一种非特异性的FMN依赖型的NADH-偶氮还原酶。该酶以NADH为电子供体,通过FMN结合位点的活性中心把电子传递给偶氮染料,最终实现染料的还原脱色。

脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis)S12还原不同电子受体的厌氧发酵罐培养方法

脱色希瓦氏菌Shewanella decolorationisS12在厌氧环境下能够使用多种电子受体进行厌氧呼吸。为了取得足够的细胞量用于膜蛋白质组学等科学研究的需要,本研究选取无机小分子(硝酸钠)、金属离子(柠檬酸铁)和有机大分子(偶氮染料苋菜红)作为电子受体,在使用确定成分的无机盐培养基条件下,使用不同浓度的电子供体和碳源对S12进行厌氧条件下静置和发酵罐的优化培养,采用连续补充电子受体的培养方式,确认了电子供体和碳源的合适浓度,建立了S12厌氧发酵罐培养方法。相比传统的静置厌氧培养,厌氧发酵罐培养方法在保证了严格厌氧条件下高效率还原电子受体的同时,还极大的提高了细胞生长密度。连续补充电子受体的厌氧发酵罐培养的S12最大细胞密度最大分别可达到静置厌氧培养细胞密度的325,304,369倍,而生长时间也比静置厌氧培养分别缩短了26.5%,17.6%,7.5%。这为需要大量细胞和蛋白的细菌厌氧呼吸生长实验建立了可行方法,对于进行兼性厌氧呼吸的微生物的大规模厌氧培养具有借鉴意义。