嘧啶醇降解复合菌系的筛选及其降解性能研究

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近年来,杂环化合物成为新农药创制和农药生产的目标与主体。含氮杂环化合物2-二乙氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶(简称嘧啶醇)是杀虫剂甲基嘧啶磷生产的中间体,也是甲基嘧啶磷生产过程中湿品醇洗水和嘧啶磷原油废水中的主要特征污染物,因其分子结构稳定,难开环裂解,造成废水中化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)高、总氮高、总磷高、盐度高,生物毒性大。因此,必须对甲基嘧啶磷生产废水中的嘧啶醇进行有效处理。基于此,本研究以海利(常德)农药化工有限公司好氧池、兼氧池中的泥水混合样为菌源,开展了嘧啶醇降解复合菌系的筛选及其微生物多样性分析,通过单因素实验和正交实验优化了复合菌系降解嘧啶醇的条件,采用Agilent 6530 Accurate-Mass Q-TOF LC/MS四极杆飞行时间液质联用仪对复合菌系降解嘧啶醇的代谢产物进行检测,获得如下结果:(1)从好氧池和兼氧池各筛选到1个嘧啶醇高效降解复合菌系,分别命名为HY3和JY3。经梯度驯化和传代15次,发现HY3和JY3对1500 mg·L-1嘧啶醇的降解性能稳定。在摇床转速180 r·min-1,30℃,盐度0.1%的条件下,振荡72h,HY3和JY3对嘧啶醇的降解率分别达到95.66%、92.16%,COD去除率分别为89.14%、80.30%。(2)16S rDNA高通量测序结果发现,HY3的物种丰富度及群落多样性均高于JY3。HY3和JY3均检测出了3个细菌门,按平均丰度大小依次为Proteobacteria、Bacteroidetes和Actinobacteria,三者在HY3和JY3之间平均相对丰度均具有显著差异。在属水平上,HY3中平均相对丰度较高的3个菌属依次为Unclassified_Comamonadaceae(34.23%)、Paracoccus(14.75%)、Brevundimonas(13.94%),JY3中平均相对丰度较高的3个菌属依次为Unclassified_Comamonadaceae(40.80%)、Unclassified_Burkholderiales(13.81%)、Delftia(13.11%)。(3)通过单因素实验考察了嘧啶醇初始浓度、时间、温度、盐度、p H和装液量对HY3和JY3降解嘧啶醇的影响。结果表明,当嘧啶醇初始浓度为500-1800mg·L-1或装液量为20-100%的条件下,对HY3和JY3降解嘧啶醇的影响较小,而其他4个因素对HY3和JY3降解嘧啶醇的效果有较大影响。正交实验结果显示,HY3和JY3降解嘧啶醇的最佳环境条件均为时间72 h、温度30℃、盐度1%、p H 6。根据R值的大小可知,4个因素对HY3降解嘧啶醇的影响大小依次为:p H>温度>时间>盐度;4个因素对JY3降解嘧啶醇的影响大小依次为:时间>温度>p H>盐度。正交实验最佳条件下(HY3和JY3均为盐度1%、p H 6、30℃、时间72 h),HY3和JY3对1500 mg·L-1嘧啶醇的降解率分别达到92.80%、88.74%,在保证HY3和JY3具有嘧啶醇高降解率的前提下,2个复合菌系的耐盐能力均增强了10倍(0.1%-1%)。(4)根据样品检测的二级质谱结果,分析出了HY3和JY3降解嘧啶醇过程中共有的代谢产物A、B、C和D,分别为2-((2-(二乙氨基)-6-甲基嘧啶-4-基)氨基)嘧啶-4-醇、N-氨基甲酰基丁-3-氨酰胺、(E)-((二乙氨基)((Z)-(1-氧代丙烷-2-亚烷基)氨基)亚甲基)氨基甲酸和2-(二乙氨基)-6-羟基嘧啶-4-甲醛。根据代谢产物B和C,推测HY3和JY3降解嘧啶醇可能均有两种开环方式,分别于N1-C6处和C4-C5处被氧化开环。
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