论文部分内容阅读
伴随传统塑料的广泛应用，环境污染和能源危机等问题变得尤为突出。人们开始更多的关注生物可降解塑料，聚羟基烷酸酯（PHAs）作为可生物降解的材料受到人们广泛的关注。聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯）(P3/4HB)为PHAs家族的一员，具有优良的生物相容性和生物降解性。因此在医药、工业、农业等领域具有广泛的应用前景。现阶段对P3/4HB研究还主要集中于其改性研究，对于其降解机制的研究较少。本文从生活污泥中筛选得到一株可高效降解P3/4HB的细菌菌株，确定了其对P3/4HB的降解性。通过观察其菌体形态和菌落特征、生理生化试验及16SrDNA序列分析构建系统发育树，鉴定菌株DSGZQ为土壤杆菌属（Agrobacterium）。该菌株进行紫外诱变，得到降解P3/4HB能力更强的突变菌株DSGZ，用作实验菌株。优化菌株DSGZ发酵条件，其单因素条件优化为：接种量为2mL，培养基pH7，通气量为100/250mL，培养时间36h，菌株分泌的解聚酶活力最高。结合单因素水平，设计一个五因素四水平的正交实验，最后确定菌株DSGZ的最佳产酶条件为每100mL培养基加入0.15g P3/4HB粉末，初始pH值为6.0，250mL锥形瓶中加入50mL培养基，37℃培养30h。采用底物吸附色谱一步纯化法，对菌株DSGZ分泌的P3/4HB胞外解聚酶进行分离纯化，得到一个分子量为36kDa的P3/4HB解聚酶（G1）。该P3/4HB解聚酶的最适反应温度为50℃，低于40℃其稳定性很好，最适反应pH为7，在pH6-9的范围内均有很高的酶活力。该酶可降解PHAs家族和聚己内酯(PCL)等酯类化合物，但是不能降解聚乳酸。Na+可以增强其降解性，而Zn2+，Mg2+和Mn2+会抑制其活性。EDTA、PMSF、NaN3和Triton X-100会显著抑制该酶的降解活性。菌株DSGZ发酵粗酶液和纯化的P3/4HB胞外解聚酶对P3/4HB降解后所得产物进行质谱分析，检测出羟基丁酸单体（HB）和羟基丁酸二聚体（HB-HB）。P3/4HB粗酶和纯酶对P3/4HB分子的降解反应，均是作用于该共聚物的酯键。菌株DSGZ及其分泌的P3/4HB解聚酶对P3/4HB薄膜的降解分析表明，菌株培养9d后，P3/4HB（4HB含量12%mol）膜失重率可达75%，扫描电子显微镜观察降解前后P3/4HB膜变化，发现膜表面的孔洞随着降解进行逐渐增多。研究该菌株对不同理化结构特征的P3/4HB薄膜降解情况研究，发现4HB含量不同对于P3/4HB薄膜的降解有很大影响，即4HB的加入会改变P3/4HB薄膜的结构，进而影响其被生物降解的快慢。