【摘 要】
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木质素酶由于其对染料废水有着良好的降解和脱毒作用,而被广泛应用于生物修复环境的相关领域。目前引起人们广泛研究的木质素降解酶主要包括漆酶(Lac),木质素过氧化物酶(Lip)以及锰过氧化物酶(Mnp)。为了进一步深入研究对木质素酶系降解染料的机理,本实验以课题组前期构建的三株重组工程菌为基础,探究重组酶表达量的提高策略,对酶进行了纯化与结构的预测;通过对酶降解产物检测和分子对接的模拟,推测染料降解路
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木质素酶由于其对染料废水有着良好的降解和脱毒作用,而被广泛应用于生物修复环境的相关领域。目前引起人们广泛研究的木质素降解酶主要包括漆酶(Lac),木质素过氧化物酶(Lip)以及锰过氧化物酶(Mnp)。为了进一步深入研究对木质素酶系降解染料的机理,本实验以课题组前期构建的三株重组工程菌为基础,探究重组酶表达量的提高策略,对酶进行了纯化与结构的预测;通过对酶降解产物检测和分子对接的模拟,推测染料降解路径及效率;为提高酶的使用效率,对漆酶进行了固定化研究。得到了以下结果:1)选择价廉的诱导剂,通过优化培养条件与培养基成分;以木质素为诱导剂时,Lip酶活提高2.05倍,以香兰素和Cu SO4为诱导剂时,Lac酶活提高2.23倍。以吐温80为诱导剂时,Mnp酶活提高1.14倍。2)通过硫酸铵分级沉淀及离子色谱对酶进行纯化,结果显示漆酶、木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶的最佳沉淀饱和度区间分别为为40%-60%、50%-70%、50%-70%。在Nacl浓度为500m M时可收集到纯化的酶,SDS-PAGE电泳结果证明其大小分别为69KDa、35KDa、45KDa。通过蛋白结构预测与分子对接分析,探究参与酶与染料分子相互作用形成氢键的关键氨基酸残基以及关键作用位点,为降解途径的推测提供依据。3)广谱性降解实验表明,漆酶,木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶对偶氮类,蒽醌类和三苯甲烷类的染料均有降解能力。其中对刚果红染料降解,漆酶、木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶在最优条件下,其脱色率(24h)分别为88.70%、91.47%、90.34%。此外,推测了刚果红的单酶降解途径及3种酶联合作用途径,降解产物通过FIRT,GC-MC检测证明,木质素酶可以破坏多个偶氮键,并且将其降解为2-甲基丁酸、3-甲基丁酸等小分子产物,组合酶的降解具有更加完全的降解效果。且毒性实验证明染料毒性显著降低,甚至得到无毒的产物。4)以海藻酸钠、壳聚糖固定Lac,最优条件下的固定化漆酶的酶固定化率可以达到65.97%,漆酶的蛋白固定化率为91.39%。形貌分析表明疏松多孔的内部结构为酶分子提供良好的附着点,及催化反应场所。固定化漆酶在p H=5,4°C条件下储存稳定性较好,依然可以保存95%以上的酶活性;固定化漆酶可以对染料刚果红进行降解,其脱色率可以达到75%。以上研究证明在对染料的降解过程中,重组木质素酶系展现出了良好的降解与脱毒能力,通过固定化方式,可以提高重组酶的利用性,在染料废水处理领域有着潜在的应用前景。
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