CN102399700B - 一株苯酚降解真菌及应用 - Google Patents

一株苯酚降解真菌及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一株苯酚降解真菌，已于2011年8月31号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCCNo.5190。本发明的优点是：本发明的苯酚降解真菌株PHDE-1，具有较强的环境耐受力，可以在宽的温度、pH及较为苛刻的环境条件下，以苯酚为唯一碳源和能源生长繁殖，从而清除苯酚的污染。

Description

一株苯酚降解真菌及应用
技术领域
本发明属于环境微生物领域，具体的是涉及一株苯酚降解真菌，该菌株可在pH5.5-8.0，温度15℃-40℃的条件下，对苯酚进行生物降解。
背景技术
苯酚是最普遍的工业污染物，它能影响水生生物造成生态失衡，Saha等（Saha et al. Bull Environ Contam Toxicol.1999,63: 195-202）报道，苯酚浓度低至5 to 25 mgL-1 对鱼来说，都是致死的；Kumar等（Kumar et al.Biochem Eng J .2005，22:151–159）报道，苯酚对人类具有致癌作用，所以，含苯酚的废水必须处理才能排放。同理化处理方法相比，生物法处理苯酚因其成本低，无二次污染而更具优势，苯酚生物降解是由细菌、真菌、放线菌等微生物活动的结果。目前的研究多集中于细菌，而真菌对苯酚的生物降解报道的较少，已发现能降解苯酚的真菌有镰孢霉属Fusarium floccieferum (Anselmo et al. Water Sci Technol 1992，25:161–168)，烟曲霉Aspergillus fumigatus (Jones et al. Arch Microbiol 1995，163:176–181)，粘束孢属Graphium sp. (Santos et al. J Basic Microbiol.2003，43:238–248) ， 皮肤毛孢子菌trichosporon cutaneumhave (Gaal A  et al.Arch Microbiol.1981, 130:54–58 and Godjevargova T et al. Process Biochem .2003,38:915–20), 青霉属Penicilliumsp.（Leitāo. Int J Environ Res Public Health .2009,6:1393–1417. Sumaya Ferreira Guedes et al. Biodegradation.2011，22:409–419), 多变拟青霉Paecilomyces variotii (Wang et al. J Hazard Mater. 2010,183:366–371),热带酵母Candida tropicalis（Jiang Y et al. Biochem Eng J. 2005,24:243–247）,丝状真菌filamentous fungi(Santos V L＆Linardi V R.Process Biochem.2004,39:1001-1006),白腐菌 white rot fungi (Sanin S. et al. Bull Environ. Contam Toxicol. 2005,75:466–473)，这些真菌已被证实具有苯酚降解的潜力。真菌较细菌具有更强的环境耐受力，可以在更宽的温度、pH及更为苛刻的条件下生长繁殖，因而受到越来越多的关注。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而筛选一株苯酚降解真菌，并提供该苯酚降解真菌在苯酚生物降解中的应用。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一株苯酚降解真菌，其特征在于该真菌菌株为枝孢霉属（Cladosporium sp.）真菌菌株PHDE-1，已于2011年8月31号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.5190.
其生物学特性：真菌株PHDE-1在普通PDA培养基生长的菌落为圆而凸起、绿色、菌落大、厚而密实，表面干而粗糙，边缘清晰，在以苯酚为唯一碳源的筛选培养基中生长的菌落为成片凸起，绿色、菌落大、薄而疏松，表面干而粗糙，边缘清晰；其在PDA培养基和筛选培养基上分生孢子呈纺锤形，黄色，或链生，分生孢子梗单生，直立，无横隔，淡褐色，顶端孢痕明显；菌丝有横隔；在筛选培养基上由于苯酚的抑制作用，孢子明显变小，菌丝变细。
按上述方案，所述的苯酚降解真菌，其rDNA的ITS全序列含552bp，具有SEQ ID NO：1所示的核苷酸序列。
本发明的另外一个目的是提供苯酚降解真菌在有氧降解苯酚中的应用。
按上述方案，在pH5.5-8.0条件下对苯酚进行有氧降解。
按上述方案，在温度15-40℃条件下对苯酚进行有氧降解。
本发明的优点是：本发明的苯酚降解真菌株PHDE-1，具有较强的环境耐受力，可以在宽的温度、pH及较为苛刻的环境条件下，以苯酚为唯一碳源和能源生长繁殖，从而清除苯酚的污染。
附图说明
图1为本发明的PHDE-1菌株的ITS序列；
图2为本发明的PHDE-1菌株的基因组 DNA，其中泳道 3: PHDE-1；
图3为本发明的PHDE-1菌株的r DNA 的 ITS扩增序列，其中泳道2: PHDE-1；
图4本发明的PHDE-1菌株在PDA培养基和以苯酚为唯一碳源的培养基上的菌落形态，其中左：PDA培养基；右：以苯酚为唯一碳源的培养基；
图5为本发明的PHDE-1菌株在PDA培养基中的1000×显微结构；
图6为本发明的PHDE-1菌株在以苯酚为唯一碳源和能源的培养基中的1000×显微结构；
图7本发明的PHDE-1菌株对不同起始浓度苯酚的生物降解；
图8为 pH对本发明的PHDE-1菌株降解苯酚的影响；
图9为温度对本发明的PHDE-1菌株的降解苯酚的影响。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
一株苯酚降解真菌，分子生物学鉴定该真菌菌株属于枝孢霉属（Cladosporium sp.）真菌菌株PHDE-1，已于2011年8月31号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.5190；其生物学特性：真菌株PHDE-1在普通PDA培养基生长的菌落为圆而凸起、绿色菌落大、厚而密实，表面干而粗糙，边缘清晰，在以苯酚为唯一碳源的筛选培养基中生长的菌落为成片凸起，绿色菌落大、薄而疏松，表面干而粗糙，边缘清晰（见图4所示）；真菌株PHDE-1在PDA培养基和筛选培养基上分生孢子呈纺锤形，黄色，或链生，分生孢子梗单生，直立，无横隔，淡褐色，顶端孢痕明显；菌丝有横隔（见图5所示）；在筛选培养基上由于苯酚的抑制作用，孢子明显变小，菌丝变细（见图6所示）。
所述的苯酚降解真菌，其rDNA的ITS全序列含552bp，如SEQ ID NO：1所示。
本发明的真菌株PHDE-1在有氧降解苯酚中的应用，真菌株PHDE-1在模拟废水中苯酚含量小于1200 mg/L时，10天后苯酚降解率均能达到100%；当苯酚含量超过1600 mg/L时，真菌株PHDE-1受到苯酚的强烈抑制，10天苯酚的降解率只有17%（见图7所示）。
在pH5.5-8.0条件下对苯酚进行有氧降解。真菌株PHDE-1在较宽的pH范围对苯酚具有降解能力，如在pH5.5时，对浓度为800 mg/L苯酚的降解率达75.3%，而在pH8.0时，苯酚的降解率为68.3%；达到苯酚最佳降解率对应的pH为6.5-7.0（见图8所示）。
在温度15-40℃条件下对苯酚进行有氧降解。真菌株PHDE-1在较宽的温度范围对苯酚具有降解能力，如在温度为15℃时，对浓度为800 mg/L苯酚的降解率达67.5%，而在温度为40℃时，苯酚的降解率为75.6%；达到苯酚最佳降解率对应的温度范围为28℃-32℃（见图9所示）。
实施例1 
苯酚降解真菌株的筛选及鉴定
无机培养介质(mg/L)： NaNO3 2.000 g, K2HPO4 1.000 g，KCl 0.500 g, MgSO4.7H2O 0.500 g, FeSO4.7H2O 0.010 g；
筛选平板介质(mg/L)： NaNO3 2.000 g，K2HPO4 1.000 g, KCl 0.500 g, MgSO4.7H2O 0.500 g, FeSO4.7H2O 0.010 g,苯酚 0.200 g,agar 18.000 g,H2O1000 mL；
储存介质(mg/L) ：土豆 200.0 g,蔗糖20.0 g,苯酚0.100 g,琼脂18.00 g,H2O 1000 mL；
PDA培养介质(mg/L) ：土豆 200.0 g,蔗糖20.0 g,琼脂18.00 g,H2O 1000 mL。
取宁波附近的中国东海（经度125-128°，纬度32-35°）沉积泥5.0 g于含有45 mL无菌水 的250 mL锥形瓶中，28℃、150 rpm振摇3 h，然后静置30 min，取5 mL上层液转移至45 mL含苯酚（100 mg/L）的无机介质中，将锥形瓶置于28℃、150 rpm无光条件下振摇培养48 h；再移取5 mL混合菌液到新配制的45 mL含相同浓度苯酚的无机培养介质中，继续富集培养，如此驯化培养约10次。
移取经过10次驯化培养的混合菌液0.1 mL，涂布筛选培养介质上，于28℃无光环境中培养10天，挑取生长良好的菌落，在筛选培养介质上，采用连续稀释分离法分离出单菌落，最终获得6株纯培养物，接种在储存介质上4℃保存。
其中一株编号PHDE-1的通过菌落形态和显微结构观察，初步鉴定为真菌。采用液氮和氯化苄法（Fredrieks DN et al. J Clin Microbiol.2005, 43:5122-5128）提取PHDE-1的基因组DNA（见图2所示），以提取的基因组DNA为模板，PCR扩增PHDE-1 rDNA的ITS全序列（真菌鉴定PCR试剂盒，TaKaRa Code:D317，宝生物大连生物技术有限公司）。50 μL 的PCR扩增体系包括：模板DNA1-2 μL, PCR premix 25 μL，正向引物forward primer 0.5 μL，反向引物perverse primer 1or perverse primer 2 0.5 μL，16S rRNA-free ddH2O至50 μL。PCR扩增程序采用94℃预变性5 min后开始循环：94℃变性1 min， 55℃ 退火1 min，72℃延伸1.5 min ，循环30次，最后72℃延伸5 min结束，4℃保藏。PCR扩增产物用1.0%的琼脂糖凝胶电泳分离（见图3所示），回收目标片段，送宝生物大连生物技术有限公司测序，结果（见图1所示）表明PHDE-1菌株的ITS序列有552 bp，序列如SEQ ID NO：1所示。
将测得的序列提交到美国NCBI的GenBank（http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi），利用Blast程序进行序列同源性检索，获取对比指标靠前的20个相似序列，通过Blast和DNAMAN软件进行比对分析同源性和遗传距离，结果表明PHDE-1为枝孢霉属（Cladosporium sp.），是一株新的苯酚降解菌。该真菌菌株于2011年8月31号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC），保藏号为CGMCC No.5190。
菌株PHDE-1的培养、菌落形态和显微结构：菌株PHDE-1可以在pH5.0-8.0，温度15℃-40℃的PDA培养基、查氏培养基、筛选培养基等中生长，最佳培养条件为pH6.5-7.0，温度25℃-32℃的PDA培养基、查氏培养基、筛选培养基等。
菌株PHDE-1在PDA培养基和筛选培养基上生长的菌落形态总结在表1中（见图4所示），在1000×显微镜观察菌株PHDE-1，分生孢子呈纺锤形，黄色，或链生，分生孢子梗单生，直立，无横隔，淡褐色，顶端孢痕明显；菌丝有横隔（参见图5、图6）；菌株PHDE-1在PDA培养基和筛选培养基上的显微结构有差异，在筛选培养基上由于苯酚的抑制作用，孢子明显变小，菌丝变细。
表1菌株PHDE-1在不同平板上的菌落形态特征
培养基 厚/薄 大/小 松/密 表 面 边 缘 形 状 颜 色
PDA培养基 厚 大 密 粗糙、干 清晰 圆、凸 绿、边缘微黄
筛选培养基 薄 大 松 粗糙、干 清晰 成片、凸 绿、边缘白
PHDE-1菌株对不同起始浓度的苯酚的生物降解：模拟苯酚废水的组成(mg/L) ：NaNO3 2.000 g，K2HPO4 1.000 g，KCl 0.500 g，MgSO4.7H2O 0.500 g，FeSO4.7H2O 0.010 g，苯酚。将PHDE-1菌株接种于无菌的模拟废水中，于28℃，150rpm振摇培养，每天取样，采用4-氨基安替吡啉作显色剂，510 nm比色法定量测定模拟废水中苯酚含量的变化（见图7所示）。苯酚的降解率采用公式（1）计算。
Figure 657269DEST_PATH_IMAGE001
公式（1）中ω0：苯酚的起始浓度(mg/L)，ω：降解t时苯酚的浓度(mg/L)。
实施例2   
菌株PHDE-1对苯酚的生物降解
将菌株PHDE-1接种到100 mL无菌含苯酚100 mg/L的筛选培养介质中，于28℃，150 rpm振摇培养2天至生长对数期作为种子液。
取上述种子液8×1mL，分别接种至100 mL无菌含苯酚200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1000 mg/L、1200 mg/L、1400 mg/L、1600 mg/L的模拟废水中，于28℃，150 rpm振摇培养，每天取样，采用4-氨基安替吡啉作显色剂，510 nm比色法定量测定残留苯酚的浓度，结果表明在图7中。
模拟废水中苯酚含量小于800 mg/L时，10天后苯酚能完全降解；而苯酚含量为1000 mg/L、1200 mg/L时，10后苯酚的降解率达96%；苯酚含量为1400 mg/L时，由于菌株PHDE-1受高浓度苯酚的抑制作用，10后苯酚的降解率只达68%，；苯酚含量超过1600 mg/L时，菌株PHDE-1受到苯酚的强烈抑制，10天苯酚的降解率只有17%。
实施例3   
菌株PHDE-1在不同pH下对苯酚的生物降解
将菌株PHDE-1接种到100 mL无菌含苯酚100 mg/L的筛选培养介质中，于28℃，150 rpm振摇培养2天至生长对数期作为种子液。
取上述种子液6×1mL，分别接种至100 mL无菌含苯酚（800 mg/L）、pH分别为5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0的模拟废水中，于28℃，150 rpm振摇培养10天，采用4-氨基安替吡啉作显色剂，510 nm比色法定量测定残留苯酚的浓度，结果表明在图8中。
菌株PHDE-1能在较宽的pH范围对苯酚进行生物降解，但降解率受pH的影响，在pH为6.5-7.0，菌株PHDE-1对苯酚的降解可达到最大降解率。
实施例4    
菌株PHDE-1在不同温度下对苯酚的生物降解
将菌株PHDE-1接种到100 mL无菌含苯酚100 mg/L的筛选培养介质中，于28℃，150 rpm振摇培养2天至生长对数期作为种子液。
取上述种子液6×1 mL，分别接种至6×100 mL无菌含苯酚（800 mg/L）的模拟废水中，分别于15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，150 rpm振摇培养10天，采用4-氨基安替吡啉作显色剂，510 nm比色法定量测定残留苯酚的浓度，结果表明在图9中。
菌株PHDE-1可在较宽的温度范围对苯酚进行生物降解，但降解率受温度的影响，在温度为25℃-30℃，菌株PHDE-1对苯酚的降解可达到最大降解率。
序列表
<110>武汉工程大学
<120>一株苯酚降解真菌及其应用
<160>1
 
<210>1
<211>552
<212>DNA
<213>枝孢霉属（Cladosporium sp.）真菌菌株PHDE-1
 
<400>1
tagttcagcg ggtatcccta cctgatccga ggtcaacctt agaaatgggt ttgttttacg      60
gcgtagcctc ccgagcaccc tttagcgaat agtttccaca acgcttaggg gacagaagac     120
ccagccggtc gatttgaggc acgcggcgga ccgcgttgcc caataccaag cgaggcttga     180
gtggtgaaat gacgctcgaa caggcatgcc ccccggaata ccagggggcg caatgtgcgt     240
tcaaagattc gatgattcac tgaattctgc aattcacatt acttatcgca tttcgctgcg     300
ttcttcatcg atgccagaac caagagatcc gttgttaaaa gttttaattt attaattaag     360
tttactcaga ctgcaaagtt acgcaagagt ttgaagtgtc cacccggagc ccccgcccga     420
aggcagggtc gccccggagg caacagagtc ggacaacaaa gggttatgaa catcccggtg     480
gttagaccgg ggtcacttgt aatgatccct ccgcaggttc acctacggag tcgtgactgg     540
gaaaccctgg cg                                                                    552       

Claims (6)

1.一株苯酚降解真菌，其特征在于该真菌菌株为枝孢霉属（Cladosporium sp.）真菌菌株PHDE-1，已于2011年8月31号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.5190。
2.按权利要求1所述的苯酚降解真菌，其特征在于：其生物学特性是真菌株PHDE-1在普通PDA培养基生长的菌落为圆而凸起、绿色、菌落大、厚而密实，表面干而粗糙，边缘清晰，在以苯酚为唯一碳源的筛选培养基中生长的菌落为成片凸起，绿色、菌落大、薄而疏松，表面干而粗糙，边缘清晰；其在PDA培养基和筛选培养基上分生孢子呈纺锤形，黄色，或链生，分生孢子梗单生，直立，无横隔，淡褐色，顶端孢痕明显；菌丝有横隔；在筛选培养基上由于苯酚的抑制作用，孢子明显变小，菌丝变细。
3.按权利要求2所述的苯酚降解真菌，其特征在于所述的苯酚降解真菌，其rDNA的ITS全序列含552bp，具有SEQ ID NO：1所示的核苷酸序列。
4.权利要求1所述的苯酚降解真菌在有氧降解苯酚中的应用。
5.按权利要求4所述的苯酚降解真菌的应用，其特征在于：在pH5.5-8.0条件下对苯酚进行有氧降解。
6.按权利要求4或5所述的苯酚降解真菌的应用，其特征在于：在温度15-40℃条件下对苯酚进行有氧降解。
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