论文部分内容阅读
由于诺氟沙星的广泛使用,近年来,在土壤及水体环境中均检测到了不同程度的残留,对人类健康造成潜在危害。本研究利用微生物分离筛选技术从医药厂活性污泥池中分离得到一株可以以哌嗪为一级基质共代谢降解诺氟沙星的菌株,命名为NOR-36。根据表型、生理、生化特性,结合16S rRNA基因序列同源性比较,菌株NOR-36初步鉴定为山羊葡萄球菌(Staphylococcus caprae)菌株NOR-36在3 h时进入对数增长期,菌种生物量快速增长,到10 h时菌株进入稳定期菌种增长趋于平缓,培养至17 h时菌种进入衰亡期,其生物量出现下降;菌株最适生长温度为30℃、最适pH为7.0;溶解氧浓度越高,菌株生长越旺盛;菌株对果糖、木糖、蔗糖、麦芽糖、葡萄糖等有机碳源利用情况均较为良好;能够利用蛋白胨作为氮源生长;NaCl浓度<15g/L的范围内菌株均可正常生长,其对盐度的耐受性良好,具有一定的工程应用价值。菌株NOR-36共代谢降解诺氟沙星过程中,以哌嗪为一级基质时可有效提高菌株对诺氟沙星的降解率。且当哌嗪与诺氟沙星浓度比为5:1时,菌株培养10天后对初始浓度为5mg/L的诺氟沙星降解率最高可达92.6%。可知最佳一二级基质浓度比为5:1,当哌嗪与诺氟沙星浓度比大于5,随着比值增大,哌嗪浓度升高,使哌嗪与诺氟沙星产生竞争性抑制,关键酶结合位点被哌嗪抢占,诺氟沙星的降解效率降低。相反当浓度比小于5,随着比值减小,哌嗪浓度降低,过低浓度的哌嗪不能诱导产生足量的关键酶用以降解目标污染物,降解率同样逐渐减小。菌株共代谢降解最适温度为30℃、最适pH为7.0、最适NaCl浓度<15 g/L。利用HPLC-MS检测菌株NOR-36共代谢降解过程中产生的代谢产物,并结合检测结果探讨可能的生物降解途径。通过HPLC-MS分析,菌株降解过程中产生了 3种主要的中间产物,分子式分别为:C16H18FN3O4、C14H16FN3O3、C12H11FN2O3。诺氟沙星的可能降解过程为:首先共代谢关键酶作用哌嗪环上碳氮键断键后,中间位置碳原子被氧原子氧化,加氧形成羰基;之后产物1继续被氧化,碳氮键继续断裂,-COCH3基团被去除生成产物2,最后产物2经氧化后,-CH2CH2NH2基团被去除,最终得到产物3。对NOR-36 解菌的细胞进行联合固定化条件进行研究,当海藻酸钠浓度为0.6%,PVA含量为5%,CaCl2浓度为4%,固化时间为9d时,制得的固定化小球机械强度最好,对诺氟沙星的降解效果也最好。固定化细菌的降解速度比游离态细菌的降解速度慢,但是固定化细菌抗pH和温度变化能力比游离态细菌强,对pH和温度的忍受范围更广。