生态学报  2014, Vol. 34 Issue (5): 1140-1148

文章信息

胡婷, 谷洁, 甄丽莎, 杨玖, 史龙翔, 王小娟, 高华
HU Ting, GU Jie, ZHEN Lisha, YANG Jiu, SHI Longxiang, WANG Xiaojuan, GAO Hua
石油污染土壤中苯酚降解菌ad049的鉴定及降解特性
Identification and characteristics of phenol degrading bacteria ad049 screened from oil contaminated soil
生态学报, 2014, 21(5): 1140-1148
Acta Ecologica Sinica, 2014, 21(5): 1140-1148
http://dx.doi.org/10.5846/stxb201306091528

文章历史

收稿日期:2013-6-9
修订日期:2013-9-22
石油污染土壤中苯酚降解菌ad049的鉴定及降解特性
胡婷1, 谷洁1, 2 , 甄丽莎1, 3, 杨玖1, 史龙翔1, 王小娟1, 高华1, 2    
1. 西北农林科技大学资源环境学院, 杨凌 712100;
2. 陕西省循环农业工程技术研究中心, 杨凌 712100;
3. 陕西省微生物研究所, 西安 710043
摘要:以苯酚为唯一碳源,采用富集培养方法,从陕北靖边油田污染土壤中分离获得1株苯酚高效降解菌(ad049),对菌株进行形态观察、生理生化检验及 16S rDNA 序列分析,确定该菌株为红球菌(Rhodococcus)。采用摇瓶振荡培养方法,研究了接种量、pH 值、温度和底物浓度对 ad049 生长量和苯酚降解率的影响,同时对该菌株脱氢酶和邻苯二酚双加氧酶活性进行了测定。结果表明,ad049 具有较强的苯酚降解能力;在苯酚浓度1000 mg/L,温度 35 ℃,pH 值8,接种量 5% 的培养条件下,反应24 h后,苯酚降解率达 99%以上,且整个降解过程符合零级动力学方程,速率常数k0 =41.51,相关系数 R2=0.96。通过邻苯二酚双加氧酶活性的测定,推测出该菌株降解苯酚的途径可能是以邻苯二酚 1,2 双加氧酶为主要途径进行邻位开环,辅以邻苯二酚 2,3双加氧酶进行间位开环。
关键词石油污染土壤    苯酚    生物降解    红球菌    
Identification and characteristics of phenol degrading bacteria ad049 screened from oil contaminated soil
HU Ting1, GU Jie1, 2 , ZHEN Lisha1, 3, YANG Jiu1, SHI Longxiang1, WANG Xiaojuan1, GAO Hua1, 2    
1. College of Natural Resources and Environment, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China;
2. The Research Center of Recycle Agricultural Engineering and Technology of Shaanxi Province, Yangling 712100, China;
3. Shaanxi Province Microbiology Institute, Xi'an 710043, China
Abstract:A bacterium strain, which prove to be highly effective in phenol degrading, was isolated from soil contaminated with oil in Jingbian oilfield of Northern Shaanxi by using enrichment culture method with phenol as a sole carbon source. The bacterium was named ad049 and identified as Rhodococcus on the basis of the morphological characterizations, physiological and biochemical identification, and alignment analysis of the 16S rDNA sequence. Effects of inoculation quantity of ad049, pH, temperature, and concentration of phenol as a substrate on bacterial growth and the efficiency of ad049 on phenol degradation were also investigated by shaker culture method, and dehydrogenase and catechol dioxygenase were determined as well. Results showed that the ad049 had a strong biodegradation capability for phenol. It degraded 99% of the phenol in a concentration of 1000 mg/L in 24 hours under the incubating condition of 30 ℃, pH 8, and 5% of ad049 inoculation. The degradation process could be described with zero order kinetics equation with the k0 and R2 values of 41.51and 0.96, respectively. The degradation of phenol by ad049 might be achieved largely by 1,2-dioxygenase for ortho ring opening of benzene, and partly by catechol 2,3-dioxygenase for meta-cleavage.
Key words: oil contaminated soil    phenol    biodegradation    Rhodococcus    

苯酚是燃料、农药、医药、造纸等行业的重要生产原料,也是多种人工合成物如杀虫剂生物降解过程中产生的一种中间代谢产物,是工业废水中主要的污染物之一。苯酚由于其严重的危害性已被美国环保署列入优先污染物和 65 种有毒污染物名单,我国也把苯酚列入中国环境优先污染物名单[1, 2, 3]。大量的苯酚及其衍生物在水体和土壤中排放,污染了水体和土壤,对农作物造成危害,导致生态环境日趋恶化,甚至严重威胁到人类的身体健康,影响社会的可持续发展。利用微生物降解苯酚的方法具有对环境友好,成本低廉等优点,已成为修复苯酚污染环境的最有效途径,高效降解菌的筛选是微生物修复苯酚污染环境的关键[4]

目前,国内外已从各种受苯酚污染的环境中分离出参与降解苯酚的微生物有假单胞菌 (Pseudomonas sp.)[5, 6],芽孢杆菌(Bacillus sp.)[7],微球菌 (Micrococcus sp.)[8, 9],醋杆菌(Acetobacter sp.)[10],节杆菌(Arthrobacterium sp.)[11],克雷伯氏菌(Klebsiella sp.)[12],丛毛单胞菌(Comamonas sp.)[13, 14]等。 Gennaro 等[15]分离出1株混浊红球菌 R7 (Rhodoccocus opacus R7),可以分别通过龙胆酸途径和邻苯二酚途径降解萘和二甲苯,该菌株的发现使得人们对红球菌降解芳烃的理论有了进一步的研究。沈锡辉等[16]分离到1株既能降解苯酚又能降解萘及其它多种芳烃的红球菌 PNAN5 菌株(Rhodoccocus sp. Strain PNAN5),苯酚浓度在 2—10 mmol/L 范围内、温度 20—40 ℃、pH 7.0—9.0,菌株 PNAN5 降解苯酚的效率保持在 80%—100% 之间[17]。本研究以采自陕北靖边的石油污染土壤作为土样,由于石油中的芳香烃类物质比较难降解,所以依次选取单环到多环芳烃类物质模拟石油污染提供碳源筛选菌株,获得了1株既可高效降解苯酚,又可降解邻苯二酚和间苯二酚等酚类化合物的菌株 ad049,对其进行形态特征观察,生理生化检验和 16S rDNA 序列分析鉴定,确定其为红球菌。本文测定了菌株 ad049 的脱氢酶和邻苯二酚双加氧酶活性,研究了接种量、pH 值、温度和不同初始苯酚浓度对菌株生长量和苯酚降解率的影响,并且对菌株降解苯酚的过程进行了动力学分析,以期为微生物修复苯酚污染环境提供技术支撑。

1 试验部分 1.1 试验材料 1.1.1 菌种来源

本课题组用五点法采集陕北靖边油田污染土壤中 0—20 cm 的土样,经过分离筛选,获得1株苯酚高效降解菌株命名为 ad049,供后续试验使用。

1.1.2 培养基

(1)LB 液体培养基(g/L):去离子水 1 L,酵母膏 3 g,蛋白胨 10 g,NaCl 5 g,pH 值 7.0—7.2。

(2)LB 固体培养基:LB 液体培养基中加入琼脂 15—20 g/L。

(3)苯酚无机盐液体培养基(g/L):NH4Cl 1.1 g,K2HPO4 1 g,NaCl 0.5 g,KCl 0.2 g,MgSO4·7H2O 0.2 g,FeSO4 0.001 g,CaCl2 0.01 g,pH 值 7—8。微量元素 1 mL,苯酚按实验需要量添加,蒸馏水定容至1 L。

微量元素溶液:H3BO3 0.057 g,MnSO4·7H2O 0.043 g,ZnSO4·7H2O 0.043 g,CuSO4·5H2O 0.04 g,(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.037 g,蒸馏水定容至 1 L。

以上培养基均在 121 ℃ 高压蒸汽灭菌 30 min。

1.2 试验方法 1.2.1 菌株 ad049 的生理生化及 16S rDNA 鉴定

菌株 ad049 的生理生化鉴定参考文献[18]进行。

菌株 ad049 的 16S rDNA 序列分析参考文献[19] 进行。采用细菌通用引物 F27 (5′-GAGTTTG ATCATGGCTCAG-3′) 及 R1492(5′-GGTTACCTTG TTACGATC-3′) 进行扩增。16S rDNA 测序工作由华大基因完成。将 16S rDNA 序列通过 Blast (http://www.ncbi. nlm.nib.gov /blast /blast.cgi) 进行相似序列搜索,根据最相似序列确定其系统发育地位。用 C1ust X 对序列进行对位排序,MEGA4.1 (Molecular Evolutionary Genetics Analysis) 计算遗传距离,邻结法(Neighbor-joining) 构建系统发育树状图。

1.2.2 苯酚含量的测定

采用 4-氨基安替比林直接分光光度法测定苯酚含量[20]

1.2.3 菌株 ad049生长曲线的测定

按 1% 的接种量将菌悬液接入 LB 液体培养基中 35 ℃,180 r/min 振荡培养,每 2 h 取一次样,用分光光度计于 600 nm 处测定光吸收值(OD600),试验做 3 个重复。以 OD600 表示该菌株的生长量(下同)。

1.2.4 菌株 ad049 降解特性的研究

将菌株 ad049接种在 LB 液体培养基中培养 16 h(35℃、180 r/min)后,用 0.85% 的无菌生理盐水稀释至OD600=0.1制成菌悬液,接种于含有1000 mg/L 苯酚的无机盐液体培养基中,按设定的接种量、pH(用 1 mol/L HCl或 1 mol/L NaOH 调节)、温度和初始苯酚浓度进行摇床振荡培养。24 h后,测定OD600和培养基中苯酚的剩余含量,计算苯酚的降解率,试验做 3 次重复。

1.2.5 菌株 ad049 酶活性的测定

(1) 脱氢酶活性测定

将菌液于10000 r/min离心5 min,弃去上清液,收集菌体细胞,用生理盐水反复冲洗 3 次,用蒸馏水配成菌体湿重为15 g/L的细胞悬浮液。具体测定方法参考文献[21]

(2) 邻苯二酚双加氧酶活性的测定

将菌液于 10000 r/min 离心 30 min,上清液用来测胞外酶活性。

将菌液于 10000 r/min 离心 15 min 收集菌体,以 pH 为 8.0 的 50 mmol/L 磷酸缓冲液洗涤细胞 2 次,然后悬浮在相同的缓冲液中超声处理,10000 r/min离心 1 h,其上清液即为细胞裂解液,用于胞内酶活性测定[16]

C12O 和 C23O 的胞内酶活性参考文献[22]进行测定。一个酶单位(U) 定义为 3 mL 测定体积中 1 min 内催化产生 1 μmol 粘糠酸和 2-羟基粘糠酸所需的酶量(μmol · L-1 · min-1)。

1.2.6 菌株 ad049 降解苯酚的动力学分析

按 5% 的接种量将菌株 ad049 分别接种于苯酚浓度为 500、1000 和 1500 mg/L 的液体无机盐培养基中,每隔 4 h 测定苯酚剩余含量,构建菌株 ad049 降解苯酚的动力学模型,试验做 3 个重复。

2 结果与讨论 2.1 菌株 ad049 生理生化特征及系统发育树构建

以苯酚为唯一碳源,采用富集、驯化培养方法,从陕北靖边油田污染土壤中分离得到一株苯酚降解菌株,命名为 ad049。该菌株在 LB 培养基上生长时为规则的圆形,边缘整齐,表面凸起,易挑起,菌落颜色呈粉红色,革兰氏阳性。对菌株 ad049 进行生理生化鉴定,其生理生化特征与嗜吡啶红球菌(Rhodococcus pyridinivoran)[23]不完全一致(表 1)。

表1 菌株 ad049 的生理生化鉴定特征 Table 1 The physiological characteristics of strain ad049
测试项目
Test item
测试结果
Test result
测试项目
Test item
测试结果
Test result
+:阳性; -:阴性
革兰氏染色+甘露醇+
硝酸还原-D-麦芽糖+
产硫化氢-D-山梨醇+
酯酶-蔗糖+
V-P-果糖+
脲酶-乳糖+
氧化酶-木糖+
过氧化氢+柠檬酸盐+
淀粉-乙酸盐+
明胶-琥珀酸盐+
葡萄糖+

将菌株 ad049 的 16S rDNA 测序结果提交到 NCBI上进行 BLAST,其核苷酸的序列同源性分析结果表明ad049 和红球菌属(Rhodococcus)亲缘关系最近并聚为一簇,其同源性高达 100%,与 Genbank 发布的嗜吡啶红球菌序列的相似度达到 98%(图 1)。综合以上生理生化鉴定特征及 16S rDNA 基因序列同源性鉴定该菌株为红球菌属。

图1 ad049 的系统发育树 Fig. 1 Phylogenetic tree of ad049 括号内为Genbank登录号;分支点上的数字为自展值百分比;线段0.005为核苷酸替换率
2.2 菌株 ad049 的常规生长曲线

图 2,测定了 ad049 在 LB 液体培养基中 72 h 内的生长量,结果表明,在培养前 14 h,菌株呈对数生长,14—68 h 之间进入生长稳定期,从 68 h 开始进入衰亡期。菌株生长进入稳定期活性最高,并可相对持续一定时间,因此,后期试验采用培养 16 h 的菌液。

图2 ad 049 的生长曲线 Fig. 2 Growth curve of ad049
2.3 菌株 ad049 降解特性的研究 2.3.1 接种量对 ad049 生长量和苯酚降解率的影响

接种量对处理体系处理效果及处理效率有直接的影响。按 1%、3%、5%、7%、9%、11%、13% 的接种量将菌悬液接入 1000 mg/L、pH=8 的苯酚无机盐液体培养基中,35 ℃,180 r/min 培养。如图 3,接种量 在 1%—5% 之间,菌株 ad049 的生长量和苯酚降解

图3 不同接种量对 ad049 生长量和苯酚降解率的影响 Fig. 3 Effect of inoculums on the growth and phenol degradation of ad049

率均随接种量的增加而快速增大,OD600 值从 0.49 增大到 1.97,苯酚降解率从 28.21% 增大到 98.75%;在接种量大于 5% 时,菌的生长量和苯酚降解率基本稳定。这是由于接种量过小,菌数量少,不能充分利用营养物质和苯酚,使得苯酚降解率偏低;增大接种量,菌有足够可以利用的营养物质进行生长,因而菌对苯酚的降解率随之升高。结果表明,适当的增加接种量有利于快速去除苯酚。

2.3.2 pH 对 ad049 生长量和苯酚降解率的影响

按 5% 的接种量将菌株 ad049 接种于初始苯酚浓度为 1000 mg/L 的无机盐液体培养 基中,调节培养液的 pH 分别为 4、5、6、7、8、9、10、11 和 12,35 ℃,180 r/min 培养,来研究 pH 对菌株的生长量和苯酚降解率的影响。如图 4,在初始 pH < 8 时,菌株 ad049 的生长量和苯酚降解率随 pH 值的增大而增大;在 pH=8 时,菌株的生长量(OD600=1.82)和苯酚降解率(99.83%)都达到了最大,但是与 pH 值为 9、10、11 没有显著性的差异(P>0.05)。当 pH >11 时,随着 pH 值的增大,菌株 ad049 的生长量和苯酚降解率迅速下降。结果表明稍偏碱性的环境更利于菌株 ad049 的生长,其最佳生长和降解苯酚的 pH 为 8。有研究表明,苯酚对微生物的毒性作用随 pH 值的增大而减小,这是由于苯酚在水溶液中为酸性 (pH=5.2),碱性环境降低了苯酚本身的毒性从而加快了微生物的新陈代谢[24]。在偏酸或偏碱的条件下,pH 可能通过影响苯酚的离子化程度和苯酚降解过程中相关酶的活性,使得微生物对苯酚的利用能力下降,从而抑制了微生物对苯酚的降解。刘兴平[25]研究表明,pH 对苯酚的化学毒性有明显影响,当 pH 较低时,苯酚可能以化合态存在,pH 较高时,以游离态存在,更易于苯酚的降解。

图4 不同 pH 对 ad049 生长量和苯酚降解率的影响 Fig. 4 Effect of pH on the growth and phenol degradation of ad049
2.3.3 温度对 ad049 生长量和苯酚降解率的影响

按 5% 的接种量将菌株 ad049 接种于初始苯酚浓度为 1000 mg/L、pH=8 的无机盐液体培养基中,调节温度分别为 25、30、35、40、45 ℃,180 r/min 培养来研究温度对菌株的生长量和苯酚降解率的影响。结果如图 5,菌株 ad049 的生长量和苯酚降解率是一致的。25—35 ℃,菌株 ad049 的苯酚降解率以及生长量(OD600 值)随温度的升高而增加,35—40 ℃ 比较适合菌株的生长,菌株在该温度范围内OD600 值达到了 1.8 以上,其中 35 ℃ 菌株 ad049 的苯酚降解率最高达到了 99.29%。继续升高温度,高温使得菌中降解苯酚的相关酶活性降低甚至失去,菌株 ad049 的生长量和苯酚降解率迅速减小。温度的变化直接影响酶促反应速率,从而影响细胞内部的物质合成及对苯酚的降解。因此,35—40 ℃ 比较适合菌的生长以及对苯酚的降解。

图5 不同温度对 ad049生长量和苯酚降解率的影响 Fig. 5 Effect of temperature on the growth and phenol degradation of ad049
2.3.4 苯酚浓度对 ad049 生长量和苯酚降解率的影响

配制苯酚浓度为 500、750、1000、1250、1500 mg/L 的无机盐液体培养基,pH=8。按5% 的接种量将菌悬液接入 50 ml 上述无机盐液体培养基中,35 ℃、180 r/min 振荡培养。如图 6,菌株 ad049 在苯酚浓度为 500—1500 mg/L 的无机盐培养基中均能良好的生长,并且苯酚浓度越大,菌的延滞期越长。培养 8 h 后,菌株 ad049 在苯酚浓度为 500 mg/L 的无机盐液体培养基中 OD600 达到了 1.16,而 750、1000、1250、1500 mg/L 苯酚浓度菌株的 OD600 分别为 0.44、0.34、0.26、0.08。培养 24 h 以后,1000 mg/L 和 1250 mg/L 苯酚浓度菌株的 OD600 分别为 1.73 和 1.33,而 1500 mg/L 的 OD600 为 0.69。苯酚浓度为 1500 mg/L 的培养基中菌株生长的比较缓慢。这是由于一方面苯酚为菌株的生长提供唯一碳源,如果浓度太低,菌株不能获得充足营养,其生长将会受到抑制,另一方面苯酚的毒性较大,浓度超过一定值时就会对菌株的生长造成危害,抑制其生长。结果表明,1000 mg/L 的苯酚浓度比较适合该菌株的生长。

图6 不同苯酚浓度对 ad049生长量的影响 Fig. 6 Effect of phenol concentration on the growth of ad049

图 7 可知,菌株 ad049 在苯酚浓度为 500—1500 mg/L 的无机盐培养基中均能良好的生长,利用降解苯酚。培养 12 h 后,500 mg/L 苯酚浓度的降解率达到了 99.79%,而 750、 1000、1250、1500 mg/L 苯酚浓度的降解率分别为 68.88%、35.43%、20.83%、13.45%。其中 750、1000、1250 mg/L 苯酚浓度的降解率达到 95% 以上分别需要 20、24、36 h,而 1500 mg/L 苯酚浓度培养 44 h 后苯酚降解率只达到了 91.92%。 由图 6图 7 可以看出随着培养时间延长,菌株的生长量增大,菌株的苯酚降解率也增大,菌株的生长量和苯酚降解率表现出很好的一致性。以上结果说明,苯酚对该菌有一定的毒害抑制作用,1000 mg/L 最适合菌株的生长和对苯酚的降解,高浓度时苯酚抑制菌体的生长和繁殖,影响菌体对苯酚的降解。另外,在高浓度的条件下,延长培养时间会有效提高苯酚降解效率。晁群芳等[26]从乌鲁木齐炼油厂活性污泥中分离出1株苯酚降解菌,在其最佳条件下,苯酚浓度为 300—500 mg/L 时降解良好,大于 l000 mg/L 时无明显降解效果。岳黎等[27]从石油污染土壤中分离得到1株苯酚降解菌经鉴定为黏质沙雷氏菌,24 h 内 10 mmol/L 的苯酚降解率达到 99.29%。董小培等[28]从兰州石化污水处理厂分离到两株苯酚降解菌 lsd03,lsd05 在 1000 mg/L 的苯酚无机盐培养基中达到对数生长期分别需要 80 h 和 60h。褚蓓等[29]从钢铁焦化厂污水中分离到 4 株菌,72 h 可将 1500 mg/L 的苯酚完全降解,最高可耐受 3000 mg/L 的苯酚。与前人分离的菌株相比 ad049 的降解能力相对较强,由于与含酚废水相比,石油污染的土壤中苯酚含量较低,所以分离的菌株活性相对比较弱。因此,菌株 ad049 可以为微生物修复苯酚污染提供高效菌源。

图7 不同苯酚浓度对 ad049 苯酚降解率的影响 Fig. 7 Effect of phenol concentration on the phenol degradation of ad04
2.4 菌株 ad049 的酶活性 2.4.1 菌株 ad049 的脱氢酶活性

脱氢酶能使有机底物的氢原子活化并传递给特定的受氢体,在微生物降解有机物机制中起主要作用。脱氢酶的活性可以用来反映处理体系中活性微生物的量及其对有机物的降解能力。因此,可以通过测定菌液的脱氢酶活性来评价该菌对有机物的降解能力[30]

本研究通过TTC 法测定了菌株 ad049 的脱氢酶活性为(71.07±9.01) mg · L-1 · h-1。宋广梅[21]也研究测定了几株高效石油降解菌株的脱氢酶活性,其脱氢酶活性大小为 5—119 mg · L-1 · h-1,菌株 ad049与其相比脱氢酶活性相对较高。因此,可以说明菌株 ad049 对于有机底物苯酚的降解能力相对比较高。

2.4.2 菌株 ad049 的邻苯二酚双加氧酶活性

邻苯二酚双加氧酶(Catechol Dioxygenase)是芳香族化合物代谢途径中的关键酶,存在于一些芳香族化合物的降解菌中。在已研究的苯酚降解菌中,苯酚的降解产物邻苯二酚或者通过邻苯二酚1,2-双加氧酶(C12O)进行邻位开环,或者通过邻苯二酚2,3-双加氧酶(C23O)在两个羟基之旁间位开环,然后通过不同的下游途径进入三羧酸循环[23]。为了研究 ad049 菌株中苯酚的降解途径,测定了C12O 和 C23O 的酶活性,测定结果如表 2 所示。

表2 菌株 ad049 的 C12O 和 C23O 酶活性 Table 2 C12O and C23O enzyme of ad049

enzyme
胞内 U /(μmol · L-1 · min-1)
endoenzyme
胞外 U/(μmol · L-1 · min-1)
exoenzyme
C12O105.93±12.8719.87±4.32
C23O36.14±1.9310.11±3.01

结果表明,在以苯酚为底物的情况下,菌株 ad049 的邻苯二酚1,2-双加氧酶的胞内和胞外酶活分别为(105.93±12.87) U 和(19.87±4.32) U,邻苯二酚2,3-双加氧酶的胞内和胞外酶活分别为(36.14±1.93) U 和(10.11±3.01) U。同一培养条件下该菌的细胞裂解液和培养上清液中酶活性有显著的差异,说明这株菌中的邻苯二酚酶是胞内酶,其酶蛋白绝大部分存在于细胞内,分泌到胞外的数量比较有限。根据以上结果可以推测出在该实验条件下,菌株 ad049 可能是先将苯酚降解为邻苯二酚,接着以邻苯二酚 1,2 双加氧酶为主要途径进行邻位开环,辅助以邻苯二酚 2,3双加氧酶进行间位开环,彻底降解苯酚。推测得出的菌株 ad049苯酚降解途径与张瑾华[31]等研究的红球菌 DF51 降解苯酚的途径相似,都是以邻苯二酚 1,2 双加氧酶为主要途径,辅以邻苯二酚 1,2 双加氧酶进行降解。

2.5 菌株 ad049 动力学分析

为了研究菌株 ad049 降解苯酚的动力学,分别对菌株在 500、1000、1500 mg/L 苯酚浓度下的降解过程进行了分析。菌株ad049对苯酚的代谢动力学可以用零级动力学方程C=-k0t+A 来描述,式中C为在时间t时的苯酚浓度(mg/L),k0 是速率常数(mg L-1 h-1),A是常数。

表 3 所示,在 500、1000、1500 mg/L 苯酚浓度下,零级动力学方程的速率常数分别为 42.19、41.51和32.32 mg · L-1 · h-1,相关系数 R2 分别为 0.99、0.96和0.95,相关系数比较大且接近于 1,说明菌株 ad049 降解苯酚的过程能够很好地符合零级动力学模型。另外可以得出,随着苯酚浓度的增大,速率常数减小,降解速度减小,因此降解所需要的时间增大。Qiao Lin[32] 等在副球菌降解嘧啶的研究中也得出相似的结论,固定化菌和游离菌对于嘧啶的降解都很好的符合零级动力学方程。

表3 菌株 ad049 的动力学模型 Table 3 Kinetic model of ad049
初始苯酚浓度
Initial phenol
concentration
/(mg/L)
动力学方程
Kinetic
equation
速率常数
Rate constant
/(mg · L-1 · h-1)
R2
500C=-42.19t+522.3142.190.99
1000C=-41.51t+1122.4041.510.96
1500C=-32.32t+1752.9032.320.95
3 结论

(1)从陕北靖边油田污染土壤中筛选出了一株高效苯酚降解菌株命名为 ad049,通过形态观察、生理生化检验和 16S rDNA 序列比对,确定该菌株为红球菌属(Rhodococcus)。

(2)对菌株 ad049 降解特性进行了研究,得到该菌株具有较强的苯酚降解能力,在初始苯酚质量浓度为 1000 mg/L,温度为 35 ℃,pH 值为 8,接种量为 5% 的条件下培养 24 h 后,可使 1 000 mg/L 的苯酚降解率达到 99% 以上。

(3)测定了菌株 ad049 的脱氢酶活性和邻苯二酚双加氧酶活性,与已研究的苯酚降解菌相比,该菌株的酶活性相对较高,说明该菌降解苯酚的效果比较好。并且推测菌株 ad049 降解苯酚的途径是以邻苯二酚 1,2 双加氧酶为主要途径进行邻位开环,辅以邻苯二酚 2,3双加氧酶进行间位开环。

(4)对菌株 ad049 在不同苯酚浓度下的降解过程进行动力学分析,得到整个降解过程符合零级动力学方程。

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