两株表面活性剂降解菌株的分离、鉴定及降解特性
中国环境科学2008,28(1):43—48 China Environmental Science 两株表面活性剂降解菌株的分离、鉴定及降解特性 胡 浩,曾清如 ,杨海君,马云龙,刘小燕(湖南农业大学资源环境学院,湖南长沙410128) 摘要:从洗涤剂厂排污口附近的河水中,分离纯化到2株能分别以壬基苯基聚氧乙烯醚(Triton X一100)和十二烷基聚氧乙烯(23)醚(Brij一35) 为唯一碳源和能源生长的降解菌株,分别命名为菌株T-1和B-2.根据茵落特征、茵体形态、生理生化反应分析以及16S rDNA序列分析, 确认菌株T一1为苍白杆菌属(Ochrobactrum sp.),菌株B-2为伯克霍尔德茵属(Burkholderia).在底物浓度较低(50~100 mgrt.)时,Triton X-100 降解速度<Brij一35;在底物浓度较高(200~1500 mgrt.)时,Triotn X-100的降解的速度>B 一35.T一1在pH6~8,B一2在pH7时生长最好;最适生 长温度分别为25,30℃.2株茵对氮源利用广泛.Zn2 、ca2+、Al”、Fea 对 1和B一2均有轻微的抑制作用,Cu 均有毒性. 关键词:非离子表面活性剂:菌株;降解;Triton X-100;Brij一35 中图分类号:X172 文献标识码:A 文章编号:1000-6923(2008)01-0043—06 and degradation characteristics of two nonionic surfactant-degrading bacteria.HU Hao, ZENG Qing-ru ,YANG HAi・gun,MA Yun—long,UU Xiao-yan(College of Environment and Resource,Hunan Agricultural Unive ̄ity,Changsha 410128,China).China Environmental Science,2008,28(1):43-48 Abstract:Two nonionic surfactant—degrading bacteria designated aS T-1 and B一2 were isolated from the surfactant- polluted water by repeated subculture in liquid medium wiht Tfimn X一100 and Brij一35 as hte sole carbon nad energy source:respectively.SffMn T一1 and B一2 were identiifed as Ochrobactrum sp.and Burkholderia,according to their characteristics,shapes,physiochemical and the analyse of the phylogenetical analyses of 16S rDNA sequence.A signiifcant positive relationship WaS found between ba cterial growth and concentration of nonionic surfactant degradation. In a mineral salts medium wiht 50-100 mgrL nomomc surfactant,the highest degradation ofTriton X一100 was obtained after 60 h'but htat of Brij一35 WaS obtained only need 36h。V ̄len hte concentration of nomomc surfactant at 200-1500 mg/L,thedegradation ratesofTritonX一100washigherthanB 一35 after72h.TheoptimalpHvalueandtemperaturefor T一1 growth were 6 ̄8 and 25℃。B-2 weer 7 nad 30℃respectively.The two srtains were able tO use a broad ofnitrogen sources。z Ca2+AI3+Fe。+could inhibit the,,g.rowth of hte strains and biodegradaiton of Triton X一100 nad Bdj.35 slightly,butCu2+hadinhibitory’effect。。 . Key words:nonionlc suffactant;strain;degradation;Triton X一100;Brij一35 非离子表面活性剂分为聚氧乙烯型、多元 非离子表面活性剂,近年来被用于有机物污染 醇型、氨基醇型,其中应用最为广泛的是聚氧乙 土壤的修复弘J.本研究从洗涤剂厂排放废水中分 烯型.非离子表面活性剂对鱼类和水生生物会 离到2株能分别降解Triton X一100和Brij一35的 产生毒性【lJ,影响其他共存有机物在环境中的迁 菌株,经过菌体形态、生理生化反应分析以及 移和降解 】,它们在土壤/沉积物上的吸附可限 16S rDNA序列分析法对其进行鉴定,并对其降 制其在土壤等有机污染增效修复方面的应 解能力进行研究. 用 。4】.在处理表面活性剂污染的方法中.生物法 效果较理想且不产生二次污染.因此,寻找修复 1材料与方法 非离子表面活性剂污染环境的方法已成为国内 1。1材料 外的研究热点 1】. 初筛平板培养基与复筛平板培养基同普通牛 壬基苯基聚氧乙烯醚(Triton X-IO0)和十二 收稿日期:2007-04—11 烷基聚氧乙烯(23)醚(Brij -35)属于聚氧乙烯型 }责任作者,教授,qrzeng@163.Gom 维普资讯 http://www.cqvip.com
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1期 胡浩等:两株表面活性剂降解菌株的分离、鉴定及降解特性 45 系统发育树(图2).结果表明,菌株T一1属于苍白 表1 两株表面活性剂降解菌株的生理生化特-陛 杆菌属(Ochrobactrum sp.),与Ochrobactrum sp. Table 1 Physio—chemical characteristics of the CGL-X最为相似,同源性为99%;B一2属于伯克 two isolates 霍尔德菌属(Burkholderia),与Burkholderia 菌株T 1 B一2 菌株T 1 B-2 vietnamiensis strain LMG 1o929和Burkholderia 葡萄糖 产酸 产酸 尿酶 + + .cepacia srtain ATCC 55792最为相似,同源性均为 吲哚 一 一 硝酸盐还原 + + 明胶 一 + H2S ~ 一 99%. 注:+为阳性,一为阴性 ——————— O.005 Uwc 10(DQ103700) 卜— 0.0005 图2菌株 1与B-2的系统发育树 Fig.2 The phylogenetic tree of strain T一1 and B-2,scale bar indicates evolutionary distance 2.2菌株对TritonX~100和Brii一35的降解 、 降解能力达到最佳.较高的温度会抑制菌株的生 2_2I 1 pH值对菌株生长及表面活性剂降解的影 长,其降解能力也随之降低.相对而言,低温对菌 响由图3可见,当pH6 8时,1L1对TritonX-100 株的影响较小,其降解率在15℃时能够达到80% 的降解作用最强,降解率达92%.当pH2 ̄4时,菌株 菌株B一2的最适生长和降解温度为30℃,温度升 生长量非常少,Triton X一100也几乎无降解.而菌 高同样会使其生长量和降解率降低,低温会抑制 株B一2对pH值适应的范围较T一1窄,pH6—7时, 菌株生长,但对降解率的影响很小. 其生长量以及对B 一35的降解率最高,随着pH 2.2。3 底物浓度对菌株生长及降解的影响 由 值的升高或降低,其生长量和降解率均降低. 图5 可见.T一1在Triton X一100浓度50.100mg/L 2_2.2温度对菌株生长及对表面活性剂降解的 时,48h后,降解率均可达到90%以上:浓度分别为 影响 由图4可见,菌株T_1在25"C时其生长和 200,400,800mg/L时,需要72h才能将其降解完全; 维普资讯 http://www.cqvip.com 中国环境科学 28卷 浓度为1500mg/L时,72h的降解率为87%.B_2在 较大差异:在表面活性剂浓度较低(50--200mg/L) Bri{一35浓度为50,100mg/L时,48h的降解率都在 时,其生长量随底物的降解完全而趋于平稳;在表 97%以上;当B 一35浓度为200,400,800,1500mg/L 面活性剂浓度较高(400-800meJL)时,菌株经过降 时,72h时,Brii一35的降解率均可以达到80%.比较 解初期快速生长后,在24 ̄36h间存在一个生长延 得知,当非离子表面活性剂浓度为50,100 mg/L 滞期,随后又开始快速生长;表面活性剂浓度达到 时,Brii一35的降解速度LBTriton X-100快,降解率达 1500mg/L时,菌株生长一直保持较快速度. 到最大时需要36h,而TritonX-100需要60h,但是随 着非离子表面活性剂浓度的增加,到200-800mg/L 时,Triton X-100的降解速度比B 一35快,当浓度到 达1500mg/L时,Triton X一100在初期基本没有降 锝 鐾 世 8 O Q O O O O O Q Q Q O O O O O O O O O 解,36h时开始发生降解,并且速度很快,72h时降解 协 率可以达到87%,而B _35在降解初期降解速率很 苫 快,但36h时趋于平缓,72h时降解率达80%. 皇 H£j 德∞ l5 25 ∞ 3O H£!∞ 35 ∞∞ ∞ 45 nl6 0.14 褥 鐾 世 0.12 姆 鐾 世 l : Ql0 0.08 0.o6 0.04 0.02 0.0o l5 25 30 35 45 8 ∞ 9 暑 温度(℃) 图4温度对2菌株分别降解TritonX一100与B 一35 锝 鐾 鞋 f 的影响 Fig.4 EffectsoftemperatureondegradationofTriton X-100andBrij一35 byT一1 andB一2resectpively :P ∞ +Q O Q Q Q Q Q Q O Q 降解率+ODsoo 培 M£j 德∞ 2 3 4 5 6 7 8 ∞ 影响非离子表面活性剂生物降解性能的基 本因素是乙氧基的链长和烷基链的线性度【J 2J. pH值 Birch等IB 用BOD法比较了直链伯醇、羰基合成 图3 pH值对2菌株分别降解TritonX一100与B 一35 的影响 Fig.3 Effects ofpH oft degradation ofTriton 1oo 醇(50%和70%支链)和仲醇的聚氧乙烯醚含有 l0,20,30,40个氧乙烯基(EO)单元的降解情况,结 果发现,无论是链长与链短,直链伯醇聚氧乙烯醚 降解度均为98%~99%,但随着EO数的增加,羰基 合成醇的直链仲醇(AEO)的初级生物降解度下降 and Brij一35 by T一1 and B一2 respectively +降解率+ODsoo l4J用振荡培养法对一系列十二烷基聚氧 由图6可见,在菌株降解TritonX一100的初期, 李丽等【在不同浓度的表面活性剂中,其生长初期都存在一 乙烯(2,4,5,6,7,9,12)醚同系物进行降解试验,得出 个生长延滞期(12h左右),生长活动很微弱,之后,细 非离子表面活性剂浓度在60mg/L时,同一系列的 菌的生长很快,且随着表面活性剂浓度的增加生长 非离子表面活性剂,烷基链(疏水基)相同时,随着 速度增加.菌株B-2在降解B 一35的初期生长速 连接的氧乙烯基(亲水基)的增加,降解率降低,也 度较快,随后因表面活性剂浓度不同其生长速度有 证明了聚氧乙烯基的数量和降解性能有反相关 维普资讯 http://www.cqvip.com
1期 胡浩等:两株表面活性剂降解菌株的分离、鉴定及降解特性 47 性.通过浓度对菌株生长及降解的影响实验发现, 别为83%和87%. 在低表面活性剂浓度时,由于Triton X-100分子 结构中存在苯环(疏水基),其降解速度低于EO单 元多的Brij-35的降解速度,说明疏水基在低浓度 时对菌株降解表面活性剂的作用要高于EO单元 数量的作用,但是随着浓度的增加,EO单元的数量 所起的作用增加,Triton X-lO0的降解速度比 B 一35快,虽然在降解初期菌株T-I生长受到影 响,但是Triton X-100完全降解的时间仍然要比 Brij一35少. O.7 O.6 Q5 8 0.4 o.3 襞 进 8 O.2 O.1 O 要 看 l l l l O O O O O 6 4 2 O 8 6 4 2 O 0 20 40 60 80 时间(h) 图6 2种表面活性剂浓度对T-1与B一2生长的影响 ig.F6 Effects ofdifferentconcen ̄ations on the rowthofT—lg andB-2 槲 襞 进 tn n —_.卜一50mg/L——● 一100mg/L—●|-一200mg/L *一40Omg/L—*一800mg几—I~1500lng几 :暑, ∞ 2_2.5金属离子对菌株的生长和表面活性剂降 解的影响由表2可见,Cu2 对T-l和B_2降解表 0 2o 4o 60 8o 时间(h) 面活性剂都有很强的抑制作用,Zn2+、ca2 、A13+、 Fe3 存在时,Triton X一100和Brij一35的降解率都有 所下降,说明这些离子对菌株T-l和B_2有轻微 的抑制作用,B一2受抑制的程度比T_l严重. 图5表面活性剂浓度对菌株降解率的影响 Fig.5 Effectsofdifferentconcentrationsonthe degradation rate ——◆一50mg/L——-.--一100mg/L800mgrL—卜——●—一200mgtt 1500mg几、 *_400mgrL—,卜表2几种金属离子对菌株降解Triton X一100和 2.2.4氮源对菌株降解表面活性剂的影响菌 Brij一35的影响 Table 2 Effects ofmetal ions on Triton X一100 and B 一35 degradation by strains 株T一1和B一2对氮源都表现出广泛的适应 性. 1对NH4+、NO3-和蛋白胨的利用都非常好, 在以蛋白胨和NH4 作唯一氮源的降解培养基 中,Triton X一100的降解率达到100%;在以NO3一 为氮源的降解培养基中,Triton X-100的降解率 也能够达到90%.B-,2在含NH4 的降解培养基中 对Bdj一35的降解率能够达到100%,但是在其他 2种氮源存在时,降解率要稍差于T-1,降解率分 注:()内为金属离子浓度,mg/L 维普资讯 http://www.cqvip.com
48 中国环境科学 28卷 3结论 f4】 杨成建,曾清如,廖柏寒,等.非离子表面活性剂对有机磷农药在 沉积物上吸附行为的影响[J].环境化学.2006.25(2):159—163. 3.1 16S rDNA序列分析法鉴定菌株T一1属于 【5】 刘红玉,鲁双庆,廖柏寒,等.表面活性剂AE降解菌株的分离筛 苍白杆菌属(Ochrobactrum sp.),菌株B一2属于伯 选及鉴定[J].环境科学学报,2003,23(4):512—516. 克霍尔德菌属(Burkholderia). 【6】Bussotti F'Bottacci A,Grossoni P.Cytological and structural 3.2在浓度为50~100 mg/h时,Triton X一100的 changes in pinus pineal needles following the application of an 降解速度比B 一35的降解速度慢;在浓度为 anionic surfactant .Plnat,Cell and Environment,1997,2o(4): 5l3-520. 200~1500 mg/L时,结果相反. 【刀FujitaM,M0 l('KakuH.Behaviorofnonylphenol ethoxylatesin 3.3菌株T-1生长最适pH值为6~8,最适温度 s郫 age treatment plants in Japan-biotransformation nad ecotoxicity 为25℃,对氮源的利用范围广泛,其中含NH4 或 印.Water Science nad 。 ,2000,42(7/8):23—30. 蛋白胨的降解培养基中Triton XlO0的降解率要 【8】杜秉海.微生物学试验【M】.北京:北京农业大学出版社, 高于含NO3-的降解培养基:菌株B一2生长最适 1994. 【9】GB/T 15818—1995,阴离子和非离子表面活性剂生物降解度试 pH值为7,最适温度为30℃,对氮源利用范围较 验方法【S】. . 广泛,其中含NH4 的降解培养基中Brij-35的降 【lO】东秀珠,蔡妙英.常见细菌系统鉴定手册【M】.北京:科学出版 解率要高于含蛋白胨或NO3:的降解培养基.Cu 社,2001. 对T一1和B-2都有毒性,Zn2+、Ca2 、A1 、Fe3+ 【1 1】杨成建,曾清如,杨海君,等.几种聚氧乙烯型非离子表面活性剂 有轻微的抑制作用. 的分光光度法测定及其应用fJ].分析化学,2006,34(5):642— 646. 参考文献: 【l2】秦勇,张高勇,康保安.表面活性剂的结构与生物降解性的关 Bl Lewis M A.Chronic and sub lethal toxicities of surfactants to 系fJ].日用化学品科学,2002,25(5):20-23. aquatic animals:A review and risk assessment .Water Res., 【13】Birch R.Biodegradation of nomomc surfactant fJ】.J.Am.Oil Chem.Soc.,1984,61:340-343. 1991,25:101—113. 【2】Sun S,Inskeep W P,Boyd S A.Sorption of nonionic organic 【l4】李丽,张笑一,朱淮武,等.非离子表面活性剂分子结构与生物 compounds o11 soil--water systems containing a nicelle--forming 降解性的定量研究 .日用化学工业,2004,34(3):143-146. surfactant .Environ.Sci.Tectmol 1995,29:9o3_9l3. 【3】钟 宁,曾清如,廖柏寒,等.非离子表面活性剂对土壤中甲基对 作者简介:i ̄(1982一),男,湖南湘潭人,湖南农业大学硕士研究生, 硫磷的增溶、洗脱及其在土壤中的吸附fJ】.安全与环境学报, 主要从事非离子表面活性剂生物降解方面的研究. 2O05.5(6):34—37. 诺贝尔生理学医学奖得主Paul Lauterbur逝世 2003年诺贝尔生理学医学奖得主,美国伊利诺伊大学化学教授Paul C.Lauterbur于2007年3月27日在伊利诺 伊州Urbana家中因肾脏病逝世,享年77岁.他得奖是由于在磁共振成像(MR0开发方面的开创造性工作,2003年和英 国诺丁汉大学的Peter MansifeM分享诺贝尔奖. Lauterbur在1973年开发了一种快速的磁共振方法得到人体内部的影像.该方法用2个磁场,一个是静态的,一个 则有梯度.他使用一种背投技术最终得到人体组织的影像.伊利诺伊大学校长Richard Herman说:“Paul Lauterbur通 过他的一生和他的工作向人们示范了创造性、热情、大度和为人类服务的精神.Paul的影响每天都在全世界产生, 医学界靠NIR/拯救了许多生命.” Lauterbur在1962年取得匹兹堡大学化学博士学位,1963~1985年间任纽约州立大学StonyBrook分校化学教授, 在那里他完成了荣获诺贝尔奖的研究工作.过去22年,他加入伊里诺伊大学医学院. Lauterbur是美国科学院院士、美国科学促进协会(AAAS)会员和美国物理学会、美国化学会会员. 江英摘自((Chemical&Engineering News)),April 16,58(2007)
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