木质纤维素共基质体系中白腐菌降解污染物研究

发布时间：2020-10-25 20:55

　　 广泛存在于水体、土壤的有毒污染物因其难降解性而成为环境治理的瓶颈问题，探索对其进行环境友好的生物治理技术是现今发展方向之一。以降解木质素为主的白腐菌因其对不同底物的降解非特异性而备受关注，在难降解污染物领域得到广泛应用。但研究中发现，白腐菌在环境污染物生物修复过程中存在降解效率不足及成本过高等问题。基于此，本文通过建立木质纤维素共基质体系，研究白腐菌在该体系中降解污染物的过程及机理，探究木质纤维素作为共基质的可能性及有效提升白腐菌降解污染物的作用机制，以期将白腐菌的非特异性降解功能有效应用于环境处理。主要研究结论如下： 采用木质纤维素共基质，分别在液体及固体体系下研究白腐菌对典型芳香类及氮杂环类污染物的降解。结果表明：在所构建的共基质体系中，白腐菌均能有效地降解不同污染物。液体体系下，2d内白腐菌对孔雀绿的脱色率能达80％以上；6d左右则能对吲哚完全降解；15d内白腐菌对喹啉的降解率达89．48％。不同底物相互共存时，表现为不同的作用形式，例如吡啶与喹啉共存，表现为明显的拮抗作用；而喹啉与吲哚共存，表现为协同作用。对喹啉和吲哚的降解分别符合零级和一级动力学，共基质底物的加入能促进白腐菌生物量的提升及污染物降解。固体体系下，白腐菌对选用污染物的降解效率高于液态体系。白腐菌能对不同结构的三苯甲烷类染料进行降解，作用机理因结构不同而异，环境因子较大程度地影响了染料的降解效率。另外，5d内白腐菌可去除99％以上的吲哚；15d内浓度为250mg／L和150mg／L喹啉的降解率分别能达到93．47％和97．40％，亦可去除61．5％的吡啶。白腐菌对喹啉和吲哚的降解则分别符合一级和零级动力学。 采用FTIR、SEM、XRD及HPLC对固体共基质体系的不溶及可溶组分的测定，结果表明：基质中白腐菌降解污染物的过程是一个共降解过程，共基质的降解为白腐菌提供了持续的营养，并促进木质素酶系的分泌，以利于污染物的降解。其中，白腐菌对体系中酚类物质及木质素降解较为明显，采用酚类及木素提取物进一步研究了固体共基质体系中物质变化对白腐菌降解污染物的影响。结果表明：酚类提取物的加入能有效的提升染料降解率及酶活，并促进生物量的增加，且提升效率成分主要存在于溶液经乙醇沉淀的上清液中。同样，木素提取物的加入也能促进部分污染物的降解及酶活的增加，促进程度与污染物结构密切相关。研究加入酚类提取物后白腐菌对污染物生物降解及生物结构参数之间的关系显示，空间结构及结构的稳定性分别为影响污染物生物降解性能的主要因素。 通过对体系中粗酶液降解染料动力学及白腐菌降解染料机制的研究，发现在不同培养基中不同时段获取的粗酶液对染料的作用呈现一定的规律：不同时间粗酶液对染料的降解符合一级反应动力学；相同时间内粗酶液对染料的降解量与浓度之间符合零级反应动力学；反应速率与浓度之间也符合零级反应动力学；酶抑制剂的加入能明显降低白腐菌对部分染料的降解效果。对固体共基质体系中白腐菌降解染料机制的研究表明：白腐菌对孔雀绿及溴酚蓝的降解主要归因于漆酶及其同工酶；而结晶紫的降解主要归因于小分子物质的作用，通过产生四种中间代谢产物(苯酚、N，N-二甲氨基苯甲醛、N，N，N′，N″-四甲基碱性副品红及[N，N-二甲氨基苯基]-[N-甲氨基苯基]-苯酮)被逐级降解。 将构建的共基质体系应用于不同污染物的生物修复中，发现共基质体系均能提升白腐菌处理污染物的能力。并开发了一套新的处理染料废水的工艺，该工艺在循环5次后仍能保持较高效率，有一定的应用潜力。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：X172
【部分图文】：

Fig.3.6Seeretedligninaseofwhiterotfungusinrieestrawsolidmediumd.稻草固体基质中木质纤维素的降解从图3.7可以看出，不同体系中木质纤维素组分在染料降解的过程中均得到了一定程度的降解，其中半纤维素降解较为明显。但加入的染料不同，体系中木质纤维素37

组分也能影响白腐菌降解染料?从稻草基质中提取主要木质纤维素组分(粗纤维素、可溶性木质素及半纤维素)，研究这些组分对白腐菌生长特性及染料脱色的影响。结果表明，半纤维素对白腐菌生物特性有一定的影响(图3.10)，但整体生物量变化不明显，且有减少的趋势，表明半纤维素可能提供了白腐菌所需的基本营养组分，但对白腐菌分泌漆酶和锰过氧化物酶影响较小。同时，粗纤维素或木质素组分的存在既不能提供白腐菌生长所需的营养，也不能促进酶的分泌。研究了不同组分在不同培养基中对白腐菌降解MG的影响(图3.11)。在高碳低氮培养基(KMD中，提物的半纤维素的加入显著提升了白腐菌对孔雀绿的降解。由于半纤维素主要由一系列糖类构成的大分子结构，其降解将会给白腐菌生长提供充足的营养，同时，我们的研究表明，白腐菌BPZ降解稻草秸秆时

白腐菌分泌漆酶和锰过氧化物酶影响较小。同时，粗纤维素或木质素组分的存在既不能提供白腐菌生长所需的营养，也不能促进酶的分泌。研究了不同组分在不同培养基中对白腐菌降解MG的影响(图3.11)。在高碳低氮培养基(KMD中，提物的半纤维素的加入显著提升了白腐菌对孔雀绿的降解。由于半纤维素主要由一系列糖类构成的大分子结构，其降解将会给白腐菌生长提供充足的营养，同时，我们的研究表明，白腐菌BPZ降解稻草秸秆时，首先降解半纤维素，推断半纤维素的降解将会提供白腐菌生长所需的营养，从而间接提升白腐菌对孔雀绿的脱色能力;而在PDB培养基中，不同组分的加入抑制了白腐菌对孔雀绿的降解，由于该培养基为天然培养基，组分复杂，推测可能不同组分的加入与培养基中营养物质发生了相互作用
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本文编号：2855944