3株多环芳烃高效降解菌株的分离鉴定及降解特性

筛选分离降解多环芳烃(PAHs)的优势菌种对开展多环芳烃污染生态系统修复具有重要的现实意义。本研究以焦化厂周围受多环芳烃污染的土壤为菌源,经过富集培养驯化和平板分离,获得11株能降解多环芳烃的菌株。通过形态观察、生理生化特征及16S rRNA序列比对对菌株进行鉴定,筛选出3株PAHs高效降解菌,分别命名为DJ-3、DJ-8、DJ-10。经16S rRNA序列分析鉴定,DJ-3为假单胞菌属、DJ-8为克雷伯氏菌属、DJ-10为芽孢杆菌属。对菌株降解能力的研究表明,3株菌(DJ-3、DJ-8、DJ-10)培养7 d后对混合多环芳烃中菲(200 mg·L^-1)、芘(200 mg·L^-1)和萘(160 mg·L^-1)的降解率分别为48.9%～65.9%、38.9%～43.1%和57.6%～64.9%。3株菌对多环芳烃混合样品(1200 mg·L^-1)的降解率分别为49.1%、44.5%、53.9%,远高于其他8株筛选菌,为PAHs高效降解菌株。3种菌株两两之间和三者组合均无拮抗关系。研究结果将为构建高效的多环芳烃降解菌群、提高多环芳烃原位污染土壤的生物修复效果奠定基础。     

两株具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其特性

从植物体内筛选具有多环芳烃(PAHs)降解功能的内生细菌并定殖于植物体,有望有效地去除植物体内PAHs,从而减低植物污染风险。采用富集培养法,从长期受PAHs污染的植物体内分离筛选出2株能以芘为唯一碳源和能源生长的内生细菌BJ03和BJ05,经形态观察、生理生化特性及16S rDNA序列同源性分析,将2株菌分别鉴定为不动杆菌属(Acinetobacter sp.)和库克氏菌属(Kocuria sp.)。并研究了2株内生细菌对芘的降解能力及环境条件对其降解芘的影响。结果表明,菌株BJ03和BJ05在以浓度为50 mg/L的芘为唯一碳源生长时,于30℃、150 r/min摇床培养15 d后,对芘的降解率分别为65.0%和53.3%。2株菌在pH值(6.0—9.0)、温度(25—40℃)和盐浓度(NaCl含量为0—15 g/L)条件下生长良好,且皆为好氧生长,通气量越大,菌株生长越旺盛,对芘的降解能力越强。添加C、N源可有效促进菌株BJ03和BJ05的生长,加速其对芘的降解速率。当外加C源为蔗糖、N源为酵母膏时,2株菌在30℃摇床培养4 d后,对芘的降解率分别高达71.1%和55.3%。2株菌的细胞表面疏水率最大分别为93.7%和43.9%,对四环素和利福平敏感,而对其它多种抗生素具有较强的抗性。     

高效芘降解菌N12的分离鉴定与降解特性

以芘为目标降解物,利用选择性富集培养方法,从沈抚灌区污染土壤中分离到一株高效芘降解菌N12,经生理生化试验和16S rDNA测序分析,该菌被鉴定为分枝杆菌属（Mycobacterium sp.）.菌株N12能以菲、苊、芴和芘为唯一碳源和能源生长,不能以蒽、萘和苯并芘为唯一碳源和能源生长.在菲和芘共同存在的情况下菌株N12可降解苯并芘,9 d内对苯并芘降解率可达79.0%.摇瓶降解试验表明,菌株N12可在7 d内将100 mg·L^-1的芘降解94.4%,14 d内将其完全降解;可将600 mg·L^-1的芘在7 d内降解56.1%,14 d内降解95.5%.添加葡萄糖可促进N12对芘的降解.菌株N12是一株优良的多环芳烃降解菌,可作为多环芳烃污染土壤生物修复的菌种资源.     

三叶草根系分泌物对多环芳烃微生物降解及加氧酶的影响

为揭示根际效应对多环芳烃降解的影响机制,建立恰当的植物-微生物联合修复模式,本研究向含有微生物及多环芳烃(芘和苯并\[a\]芘)的微宇宙中加入三叶草根系分泌物,分析其对多环芳烃降解的影响,研究降解过程中微生物加氧酶和16S rDNA基因拷贝数的变化,并对具有多环芳烃降解能力的微生物进行鉴定.结果表明： 分枝杆菌M1具有降解多环芳烃的能力;三叶草根系分泌物总有机碳(TOC)浓度为35.5 mg·L^-1时,芘和苯并\[a\]芘降解率明显提高,分枝杆菌加氧酶基因所占比例增加,表明其促进了分枝杆菌对芘和苯并\[a\]芘的降解;在降解过程中,加氧酶基因拷贝数明显增加,而16S rDNA数量增加不明显,表明前者与多环芳烃降解过程有关,而后者和微生物数量有关.三叶草根系分泌物使分枝杆菌加氧酶基因拷贝数明显增加,从而促进了分枝杆菌对多环芳烃的降解.
     

焦化厂地肤根内解芘细菌的筛选及促生潜力

从多环芳烃耐受植物根内分离具多环芳烃降解功能的内生细菌并研究其促生特性,为内生菌协同宿主植物修复多环芳烃污染土壤提供基础.以长期受多环芳烃污染的焦化厂区生长的地肤为材料,从其根内分离出以芘和1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)为唯一碳源和氮源的内生细菌8株.通过芘降解试验,筛选得到3株高效芘降解内生细菌KSE4、KSE7和KSE8,经鉴定分别为芽孢杆菌属、假单胞菌属和鞘氨醇菌属.通过液体培养试验,研究了3株菌在芘胁迫下产ACC脱氨酶的能力和对地肤种子萌发的影响.结果表明: 随着芘浓度(0~15 mg·L^-1)的升高,ACC脱氨酶活性降低,其中KSE7的效果最好,在芘浓度为15 mg·L^-1时,地肤发芽率和芽长分别比对照提高了44.8%和61.1%,在地肤-微生物修复焦化厂污染土壤的修复中具有一定的应用潜力.     

多环芳烃降解菌的筛选、鉴定及降解特性

【目的】多环芳烃(PAHs)是一类普遍存在于环境中且具有高毒性的持久性有机污染物,高效降解菌的筛选对利用生物修复技术有效去除环境中的多环芳烃具有重要意义。研究拟从供试菌株中筛选多环芳烃高效降解菌,并分析其降解特性,为多环芳烃污染环境的微生物修复提供资源保障和科学依据。【方法】采用平板法从25株供试菌株中筛选出以菲和芘为唯一碳源和能源的高效降解菌,经16S rRNA基因序列进行初步鉴定,通过单因素实验法分析其在液体培养基中的降解特性。【结果】筛选出的3株多环芳烃高效降解菌SL-1、02173和02830经16S rRNA基因序列分析,02173和02830分别与假单胞菌属中的Pseudomonas alcaliphila和Pseudomonas corrugate同源性最近,SL-1为本课题组发表新类群Rhizobium petrolearium的模式菌株;降解实验表明,菌株SL-1 3 d内对单一多环芳烃菲(100 mg/L)和芘(50 mg/L)的降解率分别达到100%和48%,5 d后能够降解74%的芘;而其3 d内对混合PAHs中菲和芘的降解率分别为75.89%和81.98%。菌株02173和02830 3 d内对混合多环芳烃中萘(200 mg/L)、芴(50 mg/L)、菲(100 mg/L)和芘(50 mg/L)的降解率均分别超过97%。【结论】筛选出的3株PAHs降解菌SL-1、02173和02830不仅可以高效降解低分子量PAHs,还对高分子量PAHs具有很好的降解潜力。研究表明,由于共代谢作用低分子量多环芳烃可促进高分子量多环芳烃的降解,而此时低分子量多环芳烃的降解将受到抑制。     

芘高效降解菌的分离鉴定及其降解特性

以芘为唯一碳源,采用富集培养方法,从沈抚灌区石油污染土壤中分离得到一株芘降解菌ZQ5.根据形态学观察、生理生化鉴定和16S rDNA序列分析结果,将菌株ZQ₅鉴定为寡养单胞菌属（Stenotrophomonas sp.）.采用摇瓶振荡培养方法研究该菌株降解芘的特性及培养条件对降解效能的影响.结果表明：菌株ZQ₅在30 ℃振荡培养10 d后,对100 mg·L^-1的芘降解率为91.2%,加入水杨酸（100 mg·L^-1）作为共代谢底物可以提高菌株ZQ₅对芘的降解率.当培养基pH为7～8、盐浓度不高于2%时,有利于菌株ZQ₅降解效能的发挥.     

接种功能内生细菌Diaphorobacter sp.Phe15减少蔬菜亚细胞菲积累的体外试验研究

[目的]土壤中的多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)可被蔬菜根系吸收并在可食部分积累进而通过食物链威胁人群健康。接种功能内生细菌能有效减低蔬菜中PAHs的积累,而关于其对蔬菜亚细胞组分中PAHs积累的影响却鲜有报道。[方法]采用体外实验,研究了接种具有菲降解功能的菌株Diaphorobacter sp. Phe15对空心菜茎叶亚细胞组分中菲积累的影响及PAHs代谢相关酶活性的响应。[结果]接种Phe15可以可加速空心菜茎叶亚细胞中菲的降解,显著削减空心菜亚细胞组分中菲的含量,接菌后空心菜亚细胞组分中菲降解率达90%以上。此外,接种功能菌Phe15可以影响空心菜亚细胞组分中PAHs代谢相关酶系的活性,空心菜亚细胞水平POD、PPO、C230活性整体得到提高,且酶系活性与空心菜体内菲积累呈负相关关系。[结论]接种具有菲降解功能的菌株Phe15增加了空心菜亚细胞水平PAHs代谢相关酶系活性,进而降低空心菜体内菲的积累,研究结果为利用功能内生细菌削减蔬菜中多环芳烃污染提供了一定的参考和理论依据。     

一株溶植酸磷类芽孢杆菌的分离筛选及对水稻幼苗的促生作用

采用溶磷平板筛选和重金属耐性复筛相结合,从薇甘菊根际分离到一株兼具多重金属抗性的溶磷细菌(编号为ZLT11),16S rRNA 基因序列分析显示,该菌株属于类芽孢杆菌。菌株对植酸钙和植酸的溶磷量分别为84.10和73.84 mg·L^-1,其在30 ℃、初始pH为9.0时对植酸钙的溶磷量最高,达95.66 mg·L^-1。菌株ZLT11能耐受≤400 mg·L^-1 Pb ²⁺、≤100 mg·L^-1 Cd ²⁺及≤40 mg·L^-1 Hg ²⁺,当添加植酸钙为磷源时,接种菌株ZLT11使水稻幼苗平均根长、根数、苗高和总生物量较对照幼苗分别增加106.7%、76.6%、49.0%和46.3%。菌株ZLT11还能显著促进水稻幼苗在Cd胁迫下的生长。     

一株深海热液环境来源的PAHs降解菌TVG9-Ⅶ的系统发育与降解基因

【目的】对一株深海热液环境来源的多环芳烃(PAHs)降解菌进行系统发育分析并对其降解特性和降解机制进行研究。【方法】对16S rRNA基因进行扩增和测序,进行基于16S rRNA基因序列的系统发育分析;利用GC-MS测定其对PAHs的降解率;通过构建基因组Fosmid文库,克隆PAHs降解基因簇;并利用RT-PCR和qPCR研究关键降解酶基因在不同PAHs诱导下的表达情况。【结果】从西南太平洋劳盆地热液沉积物中分离到一株PAHs降解菌株TVG9-Ⅶ,系统发育分析结果表明,该菌株属于新鞘氨醇杆菌属(Novosphingobium),与该属的Novosphingobium indicum H25T系统发育关系最为密切,它们的16S rRNA基因序列相似性高达99.7%。该菌株在21 d内对菲、荧蒽和芘的降解率分别为95.2%,57.3%和69.6%。从Fosmid文库中筛选得到一个负责PAHs降解的上游基因簇,包含了PAHs起始降解双加氧酶大小亚基(pheA1a/b)基因和一个脱氢酶基因;RT-PCR和qPCR实验表明,双加氧酶大亚基基因pheA1a在菲的诱导下上调表达4.2倍,而在萘及高环荧蒽和芘的诱导下无上调。【结论】菌株TVG9-Ⅶ是Novosphingobium属深海热液来源的PAHs降解菌,具有良好的降解特性,特别是对高环PAHs的降解效果较好。     

Meta-pathway degradation of phenolics by thermophilic Bacilli

Thermophilic bacteria capable of degrading phenol as the sole carbon source were isolated from sewage effluent. The isolates were aerobic, sporulating, motile rod-shaped bacteria characterized as Bacillus species with growth temperature optima of 50–60°C. The enzyme catalyzing the second step in the phenol degradation meta-cleavage pathway, catechol-2,3-dioxygenase, was detected in all isolates grown in the presence of phenol. One strain, designated Bacillus strain Cro3.2, was capable of degrading phenol, o-, m-, and p-cresol via the meta-pathway and tolerated phenol at concentrations up to 0.1% (w/v) without apparent inhibition of growth. Phenol degradation activities in strain Cro3.2 were induced 3–5 h after supplementation by phenol, orcinol, and the cresols but not by halo- or nitro-substituted phenols. Maximal rates of phenol degradation in stirred bioreactors (10 μmol/min⁻¹/g⁻¹ cells) were achieved at an O₂ delivery rate of 1.0 vvm and temperatures of 45–60°C; however, catechol-2,3-dioxygenase (but not 2-hydroxymuconic semialdehyde dehydrogenase) was rapidly inactivated at high oxygen concentrations. Whole cells of Bacillus strain Cro3.2 entrapped in calcium alginate, polyacrylamide, and agarose gels showed widely different rates of phenol degradation. In calcium alginate gels, rapid loss of phenol-degrading activity was attributed to calcium-induced inactivation of catechol-2,3-dioxygenase. No stabilization with respect to oxygen-induced inactivation was observed under any of the immobilization conditions. It is concluded that the counteractive effects of oxygen limitation at low dO₂ and inactivation of catechol-2,3-dioxygenase at high dO₂ levels pose a significant impediment to the use of resting thermophile cells in the treatment of phenolic waste streams.     

黑曲霉解磷能力的影响因素及培养条件优化

本文探讨了培养条件下黑曲霉解磷能力的主要影响因素。通过单孢株筛选得到解磷能力较强的菌株Xj-2,其在液体培养基中的解磷能力达到539.90 mg·L^-1。解磷发酵动力学模型模拟发现,其解磷能力在培养的第4 天达到平稳,可作为终止发酵时间。不同磷源培养液中菌株Xj-2的解磷量依次为磷酸钙(539.90 mg·L^-1)>磷酸锌(238.45 mg·L^-1)>磷酸铁(182.64 mg·L^-1)>磷矿粉(71.80 mg·L^-1)>磷酸铝(24.40 mg·L^-1)。通过单因素试验并结合响应面优化,研究了其解磷最佳条件。结果表明: 碳源对Xj-2的解磷能力影响最大,其次是菌群密度和培养液pH。当培养温度35 ℃、转速160 r·min^-1、培养液pH 6.0、氮源(尿素)浓度0.79 g·L^-1、碳源(葡萄糖)浓度10.00 g·L^-1、菌群密度3.8%、培养时间为4 d时,Xj-2的解磷能力最高,为616.81 mg·L^-1。     

水生植物修复铁污染水体的效果及作用机制

为解决铁离子污染导致水体发黄问题,采用水培试验,分析了水禾、粉绿狐尾藻、圆币草、黄花水龙、大薸和圆叶节节菜等6种水生植物对铁离子污染水体的修复能力,研究了铁离子浓度、pH和植物生物量对水禾修复效果的影响,并探讨了曝气对水禾除铁的强化作用。结果表明: 6种水生植物均不同程度地促进了水中二价铁和全铁的去除,不同植物对铁的去除效果差异显著;试验24 h,水禾和圆币草处理二价铁浓度分别由5.0 mg·L^-1降至0.23和0.26 mg·L^-1,满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)限值要求(二价铁浓度≤0.3 mg·L^-1),全铁浓度降至0.84和1.21 mg·L^-1,去除率达83.2%和75.8%。pH在5、6、7、8时,各pH处理组二价铁和全铁浓度无显著差异,二价铁和全铁去除率分别为95.4%～98.4%和92.2%～94.6%。二价铁初始浓度≤5.0 mg·L^-1时,二价铁和全铁去除率随二价铁浓度增加而增大;高浓度二价铁(10.0 mg·L^-1)对水禾生长有一定的抑制作用,试验期间全铁去除不稳定,试验结束时全铁去除率较对照仅提高7.0%,远低于其他浓度处理。生物量≥300 g时,处理24 h,二价铁浓度从5.0 mg·L^-1降至0.3 mg·L^-1以下,且各生物量处理去除效果差异不显著。间歇曝气和连续曝气均强化水禾对铁的去除,连续曝气更利于稳定去除全铁。     

吲哚乙酸对铝胁迫下栝楼生理响应及DNA损伤的缓解作用

为探究IAA(吲哚乙酸)对铝胁迫下栝楼生理响应及DNA损伤的缓解,本研究以河北安国栝楼(耐铝品种)和浙江浦阳栝楼(铝敏感品种)为材料进行水培试验,研究300、800 μmol·L^-1(分别用Al₃₀₀和Al₈₀₀表示)铝环境下不同浓度IAA(0、10、25、50、75 μmol·L^-1,分别以I₀、I₁₀、I₂₅、I₅₀和I₇₅表示)对2个栝楼品种的抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)、光合特性、根系活力、叶绿素含量和DNA损伤的影响。结果表明: 与对照相比,铝胁迫条件下,安国和浦阳品种栝楼的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性、光合作用能力、根系活力等生理指标受到不同程度的抑制,MDA含量明显升高,DNA损伤加重。铝胁迫条件下,与无IAA喷施相比,10～50 μmol·L^-1IAA作用下安国和浦阳栝楼的SOD、CAT和POD酶活性最大增幅分别为15.0%、31.2%、72.3%和13.8%、26.9%、26.4%,叶绿素含量显著增加49.9%和17.9%,MDA积累量减少39.2%和22.4%,荧光参数得到明显改善。25 μmol·L^-1IAA使安国和浦阳栝楼根系活力显著增加159.1%和90.9%,50 μmol·L^-1IAA可有效减缓2个品种栝楼根系DNA拖尾现象,尾部 DNA 百分含量与尾部距离的乘积(OTM)值最大降幅可达27.6%。10～50 μmol·L^-1 IAA能有效提升铝胁迫下栝楼的生理活性,减缓DNA损伤程度,且安国品种的耐铝胁迫能力大于浦阳品种。     

一株金黄蓝状菌解磷特性及其对毛竹的促生效应

为深入了解毛竹根际微生物金黄蓝状菌(JXBR04)的解磷特性并评价其促生效应,采用液体发酵培养法研究碳源、氮源、pH、装液量及盐离子等因素对金黄蓝状菌解磷能力的影响,以及该菌株对不同难溶性磷酸盐的溶解能力,并应用温室盆栽法研究该菌株对毛竹幼苗生长的促进效应.结果表明: 金黄蓝状菌(JXBR04)分别在碳源为蔗糖、氮源为酵母粉、初始pH值3.5、装液量1/5或2/5、盐离子浓度为0 或1.0 g·L^-1时解磷能力最强;对Ca₃(PO₄)₂、CaHPO₄、FePO₄均具有较好的解磷作用,其中对CaHPO₄表现最佳,达1304.04 mg·L^-1.施用金黄蓝状菌(JXBR04)菌剂180 d后显著提高了毛竹实生苗根际土壤养分和植株体内磷含量,且地径、苗高及生物量分别比对照增长了28.1%、28.3%和51.5%.可见,金黄蓝状菌具有成为我国南方酸性土壤毛竹林环境友好型生物肥料的潜力.     

外源氮添加对温带荒漠地表凋落物分解及养分释放的影响

采用分解网袋法,在古尔班通古特沙漠南缘设置对照N₀(0 g N·m^-2·a^-1)、N₅(5 g N·m^-2·a^-1)、N₁₀(10 g N·m^-2·a^-1)和N₂₀(20 g N·m^-2·a^-1)4个施N处理,研究外源N添加对多枝柽柳、盐角草及两者混合凋落物分解过程及养分释放的影响,分析氮沉降对荒漠生态系统凋落物分解的影响。结果表明: 各物种凋落物的分解速率存在显著差异,经过345 d的分解,多枝柽柳、盐角草及混合物在不同N处理间的分解速率分别为0.64～0.70、0.84～0.99和0.71～0.81 kg·kg^-1·a^-1。凋落物分解过程中,N、P均表现为养分的直接释放,试验结束时,N₀、N₅、N₁₀和N₂₀处理单种凋落物及其混合物N分别释放60.6%～67.4%、56.7%～62.6%、57.4%～62.3%、46.8%～63.0%,P分别释放51.9%～77.9%、59.9%～74.7%、53.0%～79.9%、52.3%～76.4%。N处理对单种凋落物及其混合物的分解影响不显著,但各种凋落物的养分动态对N添加的响应不同,N处理抑制了盐角草N、P释放及混合凋落物P释放,而对多枝柽柳无影响。在温带荒漠,适量的N输入对凋落物分解速率影响不大,但可能会延缓个别物种养分向土壤系统的归还。     

寄生植物锁阳种子萌发方法及愈伤组织、初生吸器诱导研究

专性寄生植物锁阳以干燥肉质茎入药,为常用中药材。在锁阳的生活史中,需要经历种子萌发、芽管状器管伸长、初生吸器形成、次生吸器形成等过程,其中种子萌发和初生吸器形成是锁阳完成生活史的最基本条件。目前,触发锁阳种子萌发、初生吸器形成的植物生长调节物质的阈值和种类并不清楚,导致人工调控锁阳生活史困难及栽培收益不高。本论文运用组织培养方法,研究赤霉素、生长素和细胞分类素等多种激素交互作用对锁阳种子萌发和吸器形成的影响。研究结果显示：（1）多种激素的共同作用促进锁阳球形原胚的发育。（2）B₅培养基添加1.0 mg·L^-1 2,4-D,0.5 mg·L^-1 KT,1.0 mg·L^-1 GA₃可以高效诱导锁阳种子愈伤组织形成,愈伤诱导率达13.7％±3.1%。（3）B₅培养基添加0.5 mg·L^-1 2,4-D,0.25 mg·L^-1 KT可以高效诱导锁阳愈伤组织分化初生吸器,一些初生吸器继续分化成芽管状气管,延伸3~4 cm后,顶端膨大,形成新的初生吸器。本论文研究结果可为进一步研究锁阳种子萌发、初生吸器形成的内源激素变化规律及发生机制研究奠定基础。