【摘 要】
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全世界纺织和印刷行业使用了超过10,000种不同类型的化学染料和染色助剂。据估计全球每年的染料产量约为80万吨,其中至少10%的染料以废水形式排放到环境中。印染废水中含有大量的残余染料、染色助剂、酸碱以及重金属等,其中残余染料及助剂是主要的有机污染物,使废水呈现出特殊颜色,且因其复杂的化学结构和重金属的存在使其难以被天然降解,导致环境污染,危害人类健康。漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,因其绿色、高效、
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全世界纺织和印刷行业使用了超过10,000种不同类型的化学染料和染色助剂。据估计全球每年的染料产量约为80万吨,其中至少10%的染料以废水形式排放到环境中。印染废水中含有大量的残余染料、染色助剂、酸碱以及重金属等,其中残余染料及助剂是主要的有机污染物,使废水呈现出特殊颜色,且因其复杂的化学结构和重金属的存在使其难以被天然降解,导致环境污染,危害人类健康。漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,因其绿色、高效、作用范围广等特点,能够有效地脱色处理纺织染料,在印染废水治理中具有巨大应用潜力。灵芝是白腐真菌中的一种,漆酶作为灵芝最主要的木质素降解酶之一,已被较多的应用在合成染料的降解中。本研究选用3株灵芝菌株(美芝、川芝和荣保1号),利用其液体发酵降解多种合成染料(氨基黑、甲基绿、甲基紫、亚甲基蓝、台盼蓝、刚果红和活性蓝),并在其中添加不同介体(ABTS、HBT、丁香醛和香草醛)研究介体对脱色体系的影响。通过分光光度法测定漆酶活性和染料脱色度,非变性同工酶电泳检测灵芝主要分泌漆酶类型,荧光定量PCR分析灵芝漆酶基因家族的转录表达水平,并克隆美芝Glac1的cDNA、基因组DNA及其上下游非编码区域,对这些序列进行生物信息学分析。研究结果为进一步探究灵芝漆酶降解染料机制,发掘优质漆酶基因资源提供理论依据。以下为主要研究结果:(1)3株灵芝菌株发酵降解6种染料(50 ppm),3株菌对氨基黑和刚果红脱色率均最高(大于80%);除甲基紫外,美芝在含有另外5种染料中均检测出较高漆酶活性,且美芝对染料的脱色效果优于川芝和荣保1号。在5种染料胁迫下,3株灵芝菌株中的15个漆酶同工酶基因的转录表达模式表现出特异性和差异性,其中美芝Glac12在染料胁迫下的转录表达水平均高于其它基因,可能为主要贡献基因;荣保1号的漆酶基因家族转录表达水平相对较低,且差异较小;川芝在甲基绿的影响下,Glac1、Glac4、Glac6等9个漆酶基因表达水平远高于其余染液。(2)在美芝降解活性蓝Remazol Brilliant Blue R(RBBR,500 ppm)染料体系中添加4种介体,发现介体加入后,酶活普遍降低,但染料脱色率增高,不同介体对脱色体系的影响存在差异,其中HBT的添加使脱色率高达87.8%。不同介体影响下美芝漆酶基因家族的转录表达情况表现出特异性和差异性。在培养基中加入RBBR,转录表达水平最高的漆酶基因由Glac4变为Glac1。介体的加入导致各漆酶基因转录本显著降低。合成介体ABTS和HBT处理组中,Glac1和Glac9的转录水平最高,较高浓度的两种介体均能促进Glac9的表达,ABTS浓度升高使大部分基因表达量上调。天然介体丁香醛和香草醛处理组的主要贡献基因均为Glac1、Glac2和Glac5,且香草醛的这三个基因转录本均显著低于丁香醛。Glac11的转录本随着两种天然介体浓度的升高有大幅度的上调。非变性同工酶电泳结合质谱鉴定结果显示美芝液体发酵主要分泌漆酶Glac1。美芝发酵液中加入RBBR不同时间的漆酶转录表达结果显示Glac1转录本随时间的变化呈现先上升后急剧下降,之后又恢复正常的规律,但始终保持高表达水平,进一步从转录水平上证实Glac1为主要贡献基因。(3)成功扩增了Glac1的cDNA和基因组序列,并利用SEAF-PCR扩增了该基因5’和3’非编码区域,对这些序列进行生物信息学分析。Glac1的基因组DNA全长2091 bp,含10个外显子和9个内含子。Glac1含有519个氨基酸,信号肽区域为1-21aa,序列中包含6个N-糖基化位点,3个保守的结构域和4个典型无间隙保守区,与Ganoderma weberianum漆酶相似性最高(92%)。蛋白三维结构模型显示所有与Cu2+距离小于4A的氨基酸残基,除I476和F484外,都与铜离子存在相互作用。Glac1上游5’区域包含真核生物启动子的基本转录调控元件和许多潜在的外源诱导物响应结合元件。
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