收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Microbial Degradation of Sparingly Soluble Diethyl Phthalate (DEP) and Dibutyl Phthalate (DBP) by Pure Microbes Using Microcalorimetry

Alhaji Brima Gogra  
【摘要】: 大量的酞酸酯类化合物(PAEs)被人工合成而用来生产不同的塑料和广泛的分布于环境中。随着塑料大量的生产、使用和丢弃,在土壤圈(土壤、垃圾填埋地和淋滤液),水圈(自然水域、淡水、海水和地下水),大气圈和人类以及其他生物体的脂肪组织(这类化合物是亲脂性的)都发现了酞酸酯类这类化合物。这些难治性的水溶性有机化合物不仅在人类的一些慢性疾病的病原学上起着非常重要的作用,还能降低很多生物物种的生存能力,从而对自然生态系统中的大量物种都存在威胁。这些令人担心的发现已经唤起很多学者对环境中(特别是土壤和水中)的这类化合物的生物降解的浓厚兴趣。这类化合物的生物降解是影响环境中PAEs命运的关键过程。此研究的目的就是利用微量量热技术等现代理化生综合方法去研究几种特定微生物,如细菌中的革兰氏阴性菌——大肠杆菌、革兰氏阳性菌——金黄色葡萄球菌以及真菌中的黑曲霉对两种可能有毒性的PAEs(DEP和DBP)的降解能力,探讨微生物与PAEs的相互作用机制,从而为修复和治理PAEs环境污染提供科学依据和技术支撑。 为了达到研究目的,本次研究做了如下一些特定的实验和得到相关结果: 1.微量量热法 实验中利用TAMⅢ微量量热仪测得了微生物生长速率常数k,抑制率I和半抑制率IC50等参数的数值,而且相关系数r高达0.99。抑制率I是一个用来评价PAEs毒理效应非常重要的指标,而且是通过每一种微生物对相关的PAEs的参数计算出来的。 生长速率常数k的大小随着DEP和DBP的剂量的增多而减小,这也表明了这些化合物具有潜在的抗微生物活性即使在本次实验中它们被微生物全部消耗完了。实验中测得的在含有DEP介质中的半抑制率IC50(大肠杆菌,197.37μg mL-1;金黄色葡萄球菌,154.43μg mL-1和黑曲霉,127.84μg mL-1)表明黑曲霉和大肠杆菌分别是对DEP最敏感和最耐受的微生物;而在含有DBP的介质中的IC50(大肠杆菌,154.43μg mL-1;金黄色葡萄球菌,137.95μg mL-1和黑曲霉,155.68μg mL-1)表明金黄色葡萄球菌和黑曲霉分别是对DBP最敏感和最耐受的微生物。 研究发现生长速率常数随着PAEs的浓度增大而减小。当PAEs的浓度达到300μgmL-1时,PAEs显示出了对微生物生长的完全抑制。在这种情况下,在量热实验过程中得到放热功率---时间曲线上看不到热效应。 不同微生物对DEP的降解效率δ分别为:大肠杆菌,51.9-93.5%;金黄色葡萄球菌,91.9-99.8%和黑曲霉,59.8-99.9%。从而可以推断出金黄色葡萄球菌(平均降解效率δ=96.18%)是降解DEP效率最高的微生物以及大肠杆菌(平均降解效率δ=83.83%)是降解DEP效率最低的微生物。同样在对DBP降解实验中,降解效率δ分别为大肠杆菌,63.8-99.1%;金黄色葡萄球菌,13.7-98.5%和黑曲霉,92.3-100.0%。因此表明黑曲霉(平均降解效率δ=97.27%)降解DBP效率最高的微生物而金黄色葡萄球菌(平均降解效率δ=75.95%)降解DBP效率最低。 在DEP和DBP的含量较低和适中的实验中得到P-T曲线上第二个峰的高度比第一个峰的高度要高很多,但是在DEP和DBP的含量(分别为:200和300μg mL-1)比较高的实验中得到P-T曲线上两个峰值的高度差不多。因此,可以得出这样的结论:第一种方式的新陈代谢活动受到的影响比第二种方式的新陈代谢活动要大,而且在第二种新代谢活动中这些兼性厌氧微生物一定会消耗DEP或DBP并且紧接着会消耗那些在第一次降解DEP和DBP过程中积累下来的降解中间产物(邻苯二甲酸单乙酯/邻苯二甲酸一丁酯、甲基亚乙基磷酸酯/磷酸一丁酯、邻苯二甲酸和原儿茶酸),这些中间产物是微生物继续生长一段时间需要的碳源和能量。PAEs(DEP和DBP)的生物降解遵循前人所提出的降解途径。 k与初始浓度无关,而且E. coli+DEP, S. aureus+DEP, A. niger+DEP, E. coli+ DBP, S. aureus+DBP,和A. niger+DBP的平均一阶方程可以分别表示为:In C=-0.00134t+A, In C=-0.00160t+A, In C=-0.00175t+A, In C=-0.00156t+A, In C=-0.00086t +A, and In C=-0.00200t+A,相应的降解半衰期分别为:t1/2(DEP/E. coli)=8.67 h, t1/2(DEP/S. aureus) =7.54 h, t1/2(DEP/A, niger)=10.92 h, t1/2(DBP/E. coli)=9.66 h, t1/2(DBP/S. aureus)=18.81 h, t1/2(DBP/A. niger)=9.60 h。一阶的速率常数k逐渐减小表明DEP和DBP较高的初始浓度(200 and 300μg mL-1)阻碍了它们的生物降解。 这些微生物降解PAEs的能力看来与烷基侧链的长度有关。具有相对较短烷基侧链的DEP被降解的速率就比较长烷基侧链的DBP的速率高。很明显这些有机物的水溶性和微生物降解PAEs的能力随着辛醇和水的分配系数kow的增大而减小。微生物降解这两种PAEs能力的顺序为:DEP (S. aureus)DBP(A. roger)DEP(A. niger)DEP(E. coli)DBP(E. coli)DBP(S. aureus)。通常,真菌黑曲霉具有非高的降解这两种PAEs的降解效率。 2.分光光度计分析 微生物细胞表面的疏水性和白体凝集作用 没有摄入DEP和DPB的不同微生物的细胞表面的疏水性(E. coli, 64.90%; S. aureus,78.25%;和A. niger, 51.30%)和自体凝集作用(E. coli, 63.00%; S. aureus, 78.25%;和彳.niger,56.25%)有很大的区别。在经过DEP和DBP处理后,S. aureus显示出了很强的细胞表面的疏水性和自体凝集作用,但E.coli和A. niger细胞表面的疏水性和自体凝集作用却比较温和。真菌(A. niger)的细胞表面的疏水性和自体凝集作用比细菌(E. coli and S. aureus)的弱,这说明真菌和细菌的表面组成和结构可能有着显著的差异。当培养基中加入一定量的DEP和DBP(50μg mL-1)时,微生物细胞表面的疏水性[(E.coli,43.85%;S.aureus, 59.40%; A. niger, 31.70%) for DEP; (E. coli, 57.70%; S. aureus, 65.95%; A. niger,43.10%)for DBP]和自体凝集作用[(E. coli, 35.00%; S. aureus, 58.00%; A. niger, 23.00%)for DEP; (E. coli, 43.25%; S. aureus,65.00%; A.niger, 36.25%)for DBP]都有所增强。与空白进行比较时,这两种具有温和的细胞表面的疏水性的细胞比那些具有很强细胞表面的疏水性的细胞在自体凝集作用方面显示出了更大的减弱(DEP:E. coli, 44.44%,S. aureus, 25.88%, A. niger, 59.11%; DBP:E.coli, 31.35%, S. aureus,16.93%, A.niger, 35.56%)。还发现所有微生物的细胞表面的疏水性都有差不多的减弱(DEP:E. coli, 32.90%,S. aureus, 24.09%, A.niger,19.64%; DBP:E. coli,11.09%,S. aureus,15.72%, A.niger,15.98%)。 微生物的细胞表面的疏水性和自体凝集作用的回归分析也得到了一个非常明显的线性正相关,而且DEP的相关系数为0.9584,DBP的相关系数为0.9968,这个线性关系和其他的文章所得到线性关系非常吻合。 生物量和浊度 通过研究发现生物量和浊度之间存在线性关系。在加入PAE之后,浊度和生物量(log)随着培养时间的变化是呈指数形式的(遵循热动力学方程)而且与剂量无关。 即使S.aureus, A.niger和E.coli可以完全降解300μg mL-1的DEP和DBP,但是所需要的时间却比完全降解初始浓度比较低的这些有机物长得多。发现这三种微生物完全降解这两种PAEs所需要的时间是在同一个时间段里(大约84-100 h)是非常有价值的。 实验结果也证明了生物量的浓度随着DEP和DBP初始浓度的增加而增大。此外,还发现了微生物在完全消耗掉DEP和DBP后还会继续生长一段时间,这也证明了在DEP和DBP的初始讲解过程中积累下来的中间产物可以随后被用来支持微生物的生长。DBP的生物降解遵循一般的降解途径。 3.色谱分析 气相色谱(Hewlett-Packard Model 5890; J.W.,USA)所得到的结果表明DEP和DBP被微生物完全降解所需要的最长时间分别为84 h和120 h。然而,生物降解DBP的速率比较慢。这种降解趋势与在微量量热实验和分光光度实验中得到的相似。这两种PAEs的生物降解速率看来与烷基侧链的长度有关,通过影响二酯的烷基官能团的长度来影响生物降解能力。 短链的DEP的降解速率比长链的DBP的降解速率高。这三种微生物都可以降解浓度高达300μg mL-1的DEP和DBP,但降解速率非常慢。实验中所用的两种酞酸盐的生物降解符合第一级反应模型。 这些微生物降解这两种PAEs能力的大小顺序为:DEP(S. aureus)DBP(A.niger)DEP(A. niger)DEP(E. coli)DBP(E. coli)DBP(S.aureus)。这个顺序和用微量量热法所得到的一致,而且也符合其他学者所做的一些研究得到结论。总的说来,真菌(黑曲霉)是最有效的降解这两种PAEs的微生物。 实验中采用薄层色谱分析法测定了PAE的生物降解过程中的代谢产物。根据Rf值,发现降解过程所产生的中间产物分别是邻苯二甲酸单乙酯(MEP)、邻苯二甲酸一丁酯(MBP)和邻苯二甲酸(PA)。原儿茶酸盐,一种在微生物好氧降解DBP过程中非常重要的中间产物,在这次实验中没有检测到。这些结果表明MEP(来自DEP的降解)MBP(来自DBP的降解)和PA是DEP和DBP水解的最终产物。 酞酸盐的生物降解途径的探讨有助于更好的弄清它们的矿化过程和他们代谢产物的毒理学行为。本次研为将来的野外应用提供了一种合适的原位生物修复过程的模型(过程包括利用微生物降解环境污染物,生物修复的程度取决于降解微生物的多少、环境状况、污染物的种类以及生物降解微生物对这些污染物的可利用率),这种模型可以用来处理那些排放到环境的化合物。 总而言之,采用微量量热法来研究PAE的生物降解和PAE对微生物相应的刺激效应是非常可能和有效的。毫无疑问,微量量热法是一种研究微生物对PAEs的生物降解机理非常有用和精确的方法而且还能为微生物学领域其他的学者提供非常重要的信息。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 ;Chemical and Pharmacological Researches on Hyoscyamus niger[J];Chinese Herbal Medicines;2011年02期
2 刘云国;樊霆;曾光明;李欣;童庆;叶菲;周鸣;徐卫华;黄玉娥;;Removal of cadmium and zinc ions from aqueous solution by living Aspergillus niger[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2006年03期
3 ;Engineering tropane biosynthetic pathway in Hyoscyamus niger hairy root cultures[J];第二军医大学学报;2004年06期
4 袁海涛,詹福如,胡纯栋,郝捷,李军,张束清;A Relative Type Ion Beam-educing Technique[J];Plasma Science & Technology;2000年05期
5 周秀琴;用固定化Aspergillus niger分生孢子生产柠檬酸[J];食品研究与开发;1988年02期
6 ;Expression of soluble human tumor necrosis factor receptor Ⅰ in Aspergillus niger[J];Chinese Science Bulletin;2001年11期
7 李淑娟;郭润芳;于宏伟;贾英民;;Aspergillus niger乳糖酶基因的克隆及序列分析[J];中国农学通报;2007年06期
8 ;Improvement of xylanase production by Aspergillus niger XY-1 using response surface methodology for optimizing the medium composition[J];Journal of Zhejiang University(Science B:An International Biomedicine & Biotechnology Journal);2008年07期
9 申丽;李晓雯;朱力;;狗牙根内生黑曲霉(Aspergillus niger)的化学成分研究[J];江苏农业科学;2015年12期
10 Mengting LIU;Juanjuan DU;Yan ZHOU;Jiawei HUANG;Xin WANG;;Optimization of Fermentation Conditions for Xylanase Production by Aspergillus niger NS-1[J];Agricultural Biotechnology;2016年01期
11 周康;刘冬梅;范梦珂;叶嘉伦;;Aspergillus niger CGMCC No.6640全细胞生物转化制备蔗果低聚糖[J];现代食品科技;2013年08期
12 孙海彦;黎娟华;刘恩世;易小平;杨景豪;彭明;;Aspergillus niger F-01和Aspergillus niger G-1125生淀粉酶糖化酶基因启动子的克隆与比较分析[J];轻工科技;2015年02期
13 Zhao GAO;Huijun LI;Li JIAN;Shaobai WEN;Juyi GAO;Fangwei GAO;;Study on Removal of Pb and Hg from MSWI Fly Ash by Aspergillus niger Leaching[J];Agricultural Biotechnology;2018年05期
14 ;Biosorption of Cadmium by Fungal Biomass of Aspergillus niger[J];Biomedical and Environmental Sciences;2005年03期
15 郭德军;黑曲霉葡萄糖淀粉酶研究进展[J];黑龙江八一农垦大学学报;2002年02期
16 田英华,刘晓兰,邓永平;果胶酶高产菌Aspergillus niger HYA4的选育[J];齐齐哈尔大学学报;2005年01期
17 赵大传,张洪荣;一株黑曲霉(Aspergillus niger sp.ZH-1)对活性红ST-2BF的脱色[J];应用与环境生物学报;2004年02期
18 范晓春 ,仇润祥 ,刘丽 ,唐国敏;Study on the molecular basis of glucoamylase overproduction of a mutant strain Aspergillus niger T21[J];Science in China(Series C:Life Sciences);2001年03期
19 谢慧;王风清;魏东芝;;蛋白组学差异揭示黑曲霉(Aspergillus niger)高产柠檬酸的分子机制[J];中国酿造;2018年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 Xu yong-xue;huang jun-yuan;cao wei;xie zhou-jie;liu hao;;Development of a Cre-lox P based genetic system in Aspergillus niger and its application in generating high levels of organic acids producing strains[A];第八届泛环渤海生物化学与分子生物学会2018年学术交流会论文集[C];2018年
2 Song Shuang;Li Jing;Liu Lan;;Secondary Metabolites of Aspergillus niger 102~# Isolated from a Anemone[A];第十二届海洋药物学术年会会刊[C];2015年
3 XU Man-lin;YANG Jin-guang;WU Ju-xiang;XIE Lian-hui;CHI Yu-cheng;;First report of Aspergillus niger causing root rot of peanut in China[A];中国植物病理学会2015年学术年会论文集[C];2015年
4 吴伟怀;LIN Yang-yu;贺春萍;XI Jingen;ZHENG Xiao-lan;ZHENG Jin-long;LIANG Yan-qiong;LI Rui;易克贤;;Development of EST-SSR markers to assess genetic diversity of Aspergillus niger causing stem rot disease in sisal[A];中国植物病理学会2015年学术年会论文集[C];2015年
5 邢晟;李国利;王禄山;陈冠军;;不同底物下Aspergillus niger An-76胞外内切纤维素酶的诱导优化[A];第九届中国酶工程学术研讨会论文摘要集[C];2013年
6 ;Secondary Metabolites of Aspergillus niger CIBAS No. 17[A];中国化学会第四届有机化学学术会议论文集[C];2005年
7 周雪峰;林秀萍;杨斌;刘永宏;;海洋曲霉Aspergillus niger SCSIO Jcsw6F30中抗HIV活性成分(英文)[A];第十二届海洋药物学术年会会刊[C];2015年
8 上官云杰;杨昂;刘猛;贺添艳;刘亮伟;;双端融合嗜热CBM9_2提高A.niger木聚糖酶稳定性[A];第十一届中国酶工程学术研讨会论文摘要集[C];2017年
9 Wen-Ru Li;Qing-Shan Shi;You-Sheng Ouyang;Yi-Ben Chen;;Antifungal Effects of Citronella Oil against Aspergillus niger ATCC 16404[A];2012年鄂粤微生物学学术年会——湖北省暨武汉微生物学会成立六十年庆祝大会论文集[C];2012年
10 郑毅;陈接锋;马石金;吴松刚;;黑曲霉(Aspergillus niger)FS25产β-葡聚糖酶发酵特性的研究[A];中国生物化学与分子生物学会第八届会员代表大会暨全国学术会议论文摘要集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 Alhaji Brima Gogra;[D];中国地质大学;2010年
2 陈静;嗜热毛壳菌热稳定糖化酶纯化及其编码基因的克隆与表达[D];山东农业大学;2006年
3 顾磊;Aspergillus niger葡萄糖氧化酶的异源分泌表达、分子改造和发酵生产[D];江南大学;2014年
4 李家慧;小分子干预金黄色葡萄球菌ClpP功能及新型抗生素研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海药物研究所);2019年
5 朱亚;趋化因子受体CCR5的新型拮抗剂研究及其与金黄色葡萄球菌杀白细胞素的复合物结构研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海药物研究所);2019年
6 侯毅龙;粒细胞集落刺激因子(G-CSF)介导金黄色葡萄球菌骨髓炎中骨量丢失及机制研究[D];南方医科大学;2018年
7 陈培生;金黄色葡萄球菌感染与儿童急性血源性骨髓炎的相关研究[D];南方医科大学;2018年
8 董俊杰;硝酸镓涂层的TiO_2纳米管材料对金黄色葡萄球菌—大肠杆菌混合生物膜作用的研究[D];昆明医科大学;2018年
9 刘慧敏;我国奶业主产区生鲜乳中金黄色葡萄球菌耐药性及分子特征研究[D];中国农业科学院;2018年
10 徐云凤;安石榴苷对金黄色葡萄球菌的抑菌作用及机制研究[D];西北农林科技大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 Arman Bessembayev;[D];华东理工大学;2017年
2 郭瑶;Aspergillus niger Z-25葡萄糖氧化酶基因在毕赤酵母中的表达[D];南京农业大学;2010年
3 周劲松;耐高盐的黑曲霉A.niger 6640制备蔗果低聚糖及其β-呋喃果糖苷转移酶的表征[D];华南理工大学;2016年
4 周硕;Aspergillus niger氨基氧化酶的蛋白质工程学研究[D];杭州师范大学;2012年
5 于宏伟;黑曲霉Uγ-2(Aspergillus niger Uγ-2)菊粉酶的分布与性质研究[D];河北农业大学;2004年
6 蒋秀梅;盐穗木正丁醇萃取物对金黄色葡萄球菌抑菌机理及安全性的研究[D];塔里木大学;2019年
7 余艺文;金黄色葡萄球菌快速检测体系及其分子流行病学研究[D];厦门大学;2017年
8 杨黎明;金黄色葡萄球菌和大肠杆菌感染子宫的机制研究[D];南京农业大学;2017年
9 陆文俊;金黄色葡萄球菌特异性靶点的筛选与PCR快速检测方法的建立[D];南京农业大学;2017年
10 周风华;Gasdermin D在金黄色葡萄球菌皮肤感染中的作用[D];吉林大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 赵路;有机猪肉不“干净”[N];中国科学报;2012年
2 吴昊;抗生素:人类与细菌的博弈[N];科学时报;2011年
3 本报记者 郭静 通讯员 田乃伟;脸上的痘痘不可随便乱挤[N];广东科技报;2017年
4 Kate Baggaley 赖博;抗生素治疗失效后[N];北京科技报;2017年
5 本报记者 王嘉;加拿大鸡肉韩国鱼片因金黄色葡萄球菌污染被召回[N];中国质量报;2017年
6 云无心;如何远离金黄色葡萄球菌及其毒素[N];中国食品安全报;2016年
7 记者 桂运安;金黄色葡萄球菌入侵细胞新机制[N];安徽日报;2014年
8 记者 白毅;金黄色葡萄球菌ClpP调控机制被阐明[N];中国医药报;2011年
9 印高乐;金黄色葡萄球菌是异位性皮肤炎过敏原[N];中国中医药报;2003年
10 侯震;金黄色葡萄球菌致中毒[N];大众卫生报;2000年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978