论文部分内容阅读
铜作为自然界普遍使用的重金属之一,其污染已经成为目前最为严重的环境污染之一。Cu2+污染主要来源于工业农业废水、城市生活废水、铜锌矿石采矿废水的排放、灌溉过程以及硫酸铜杀虫剂等农药的大量施用,释放到大气和土壤环境中对人类和动植物产生了危害。本文通过研究产多聚半乳糖醛酸酶(PG)的工业菌种黑曲霉菌株PQ在不同Cu2+浓度下的菌株生长和发酵的影响来反映菌株对Cu2+的胁迫反应。通过生长皿抑制法得到黑曲霉PQ在Cu2+胁迫下的正常生长临界浓度(MTC)为0.05mmol/L,超过此浓度,则表现出生长抑制作用,无菌落生长最低浓度(MIC)为3mmol/L,超过此浓度菌体不再生长。通过Cu2+胁迫对黑曲霉孢子萌发率、菌落生长,生物量积累,胞内可溶性蛋白的含量以及液态发酵过程中还原糖、总糖和蛋白含量的变化,结果表明在0.01mmol/LCu2+浓度环境下对黑曲霉的生长和产酶影响不显著,相反,甚至对其生长和产酶具有一定的促进作用,但是在0.5和1.0mmol/L Cu2+浓度下,黑曲霉的生长和产酶均受到明显的抑制。另外,研究得到在0.01mmol/L Cu2+浓度下黑曲霉胞内抗氧化酶SOD和CAT均与对照无显著的差异,但是在0.5和1.0mmol/L Cu2+浓度下黑曲霉胞内SOD和CAT与对照相比分别显著提高和降低,结果表明黑曲霉PQ对Cu2+的抗性和耐性与黑曲霉菌株抗氧化防御系统的作用有关。数据为真菌抗氧化系统参与的生物修复的理论创新提供了有价值的信息,并且在工业生产PG的发酵工艺中对于合理控制Cu2+浓度维持正常的PG酶活提供了理论依据。根据生长皿抑制法得到的MTC,实验向固态发酵原料苹果渣和棉粕中添加硫酸铜,使发酵基质中的Cu2+含量为2.56mg/kg来模拟低浓度的铜污染,以不加硫酸铜的实验作对照,来考虑低浓度铜污染后的培养基是否对黑曲霉固态发酵产生影响,并对上述铜污染的培养基通过单因子和正交试验进行了优化,得到最适培养基为苹果渣10g、棉粕10g、(NH4)2SO40.2g、K2HPO40.06g、初始含水量60%;最适发酵条件为装料量为20g干料/250ml三角瓶,30C恒温培养48h,在这此最佳条件下,铜污染组和无污染组产多聚半乳糖醛酸酶酶活力均可达37万U/g。结果表明与对照相比黑曲霉在铜污染的固态培养基上产PG能力没有受到显著影响。但是根据固态发酵过程中还原糖和总糖的在前期高于对照组的含量的这一现象,反映出低浓度的Cu2+对黑曲霉固态培养上生长的初期具有一定的影响,但是这种影响很快就会消失。除此之外,本文还对在铜污染的培养基中固态发酵所得PG粗酶液和无污染的对照组发酵所得粗酶液进行了酶学性质的研究,通过对最适pH、最适温度、pH稳定性、热稳定性和酶促反应动力学的研究,表明铜污染的PG粗酶液与对照组粗酶液在酶学性质上无显著差异。两种PG粗酶液的最适温度均为45C,在60C以下稳定性较好,PG的最适pH为5,在酸性环境中稳定性较好。研究也证明了以废弃苹果渣代替麸皮作为黑曲霉PQ固态发酵生产PG的主要原料是可行的,可大大地降低原料成本,同时还能够一定程度上解决苹果渣的再利用问题。