孔雀石绿高效脱色菌的筛选、脱色特性和脱色机理的研究

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孔雀石绿因其高毒性、高残留性、高致癌性、高致畸性和高致突变性的特点,已被水产养殖和工业染料禁用,但是由于其价格低廉,药效突出,缺少合适的替代药物,孔雀石绿仍然在全世界许多区域投入使用。生物处理作为一种低成本,高效性,无二次污染等环境友好的替代法,吸引了越来越多的研究者的关注。  本研究主要筛选纯化了一株孔雀石绿高效脱色菌,优化了脱色菌的脱色条件,探索了脱色菌对孔雀石绿染料的脱色机理。主要的研究工作及成果如下:  1)采集了污水处理厂的活性污泥,经过富集、分离、纯化,筛选得到一株孔雀石绿高效脱色菌,通过紫外可见光谱分析证明YB2对孔雀石绿的脱色效果良好,根据其表性特征和生理生化特性,再结合16S rRNA基因序列测定以及同源性的比较,鉴定该菌株属于Pseudomonas sp.假单胞菌属,并且命名为YB2。  2)对该菌株进行了生长条件的优化,并且采用单因素实验进行研究。结果表明,菌株YB2在25-35℃之间都能较好生长,并且在25℃的时候生长最为旺盛。同样,菌株YB2在pH为5.0-10.0之间都能生长,而酸性条件下(pH<5.0)生长受到严重抑制,在弱酸性和中性条件下(pH=5.0-7.0)生长良好,且在弱酸性pH=6.0时最为适宜。同时,YB2是一株好氧菌,通气量越大,其生长的越好。YB2在NaCl浓度为50g/L的时候依旧能生长,说明其具有较高的耐盐性,当浓度达到100g/L,生长完全停止。另外,Pseudomonas sp.YB2对较低浓度的磺胺嘧啶、四环素、盐酸强力霉素、盐酸美他环素、氯霉素和链霉素都有一定的抗性,其中对磺胺嘧啶和氯霉素的抗性最大。  3)对染料脱色条件进行了优化,并且采用单因素实验进行研究。结果显示,YB2在25-35℃之间对孔雀石绿都有90%以上的脱色率,其中在30℃的时候脱色率达到最大值(99.21%)。当溶液pH大于5.0,孔雀石绿的脱色率都达到了90%以上。同样的,在好氧条件下,YB2对孔雀石绿脱色有着更好的效果。0.5mM的Cu2+、Cd2+、Fe3+、Al3+等金属离子对染料脱色有较为明显的抑制作用,Mg2+对脱色有一定的帮助,Ni2+、Zn2+、Mn2+对染料脱色几乎没有什么影响。值得注意的是,Pseudomonas sp.YB2对高浓度孔雀石绿仍然有着很高的脱色率,对于初始浓度在1000mg/L以下的孔雀石绿溶液,菌株YB2能在12h之内将其几乎完全脱色,并且当初始浓度为20ml/L的孔雀石绿溶液接种了YB2后的12h,其脱色率高达99.87%;而对于初始浓度为1500mg/L的孔雀石绿,在接种24h之后,其脱色率也能达到90.40%。  4)首先通过UV-vis初步确定菌株YB2对孔雀石绿的脱色主要是由生物降解而引起,进而通过对不同阶段的产物进行质谱分析,GC-MS所检测到的中间产物共有12种,包括芳香族化合物隐形孔雀石绿,4,4-二(N,N二甲氨基)二苯甲酮,苯酚,4-(二甲氨基)苯甲酮,二甲基苯胺,对苯二酚,对羟基苯甲酸和对苯醌,以及直链化合物马来酸,异丁酸,戊二酸和3-羟基丙酸。在此基础上,结合已有文献的报道,提出了孔雀石绿可能的微生物降解途径:孔雀石绿中心C原子被攻击,发生羟基化生成孔雀石绿甲醇形态的不稳定中间产物或者还原成隐性孔雀石绿,前者脱环降解生成米氏酮或者4-DLBP,后者可通过逐步去甲基后去苯环降解为4-DLBP,这些中间产物可进一步发生去苯环和连续的氧化反应,最终分解成小分子物质。
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