CN102550425B - 一种能降解多氯联苯的念珠藻及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能高效降解多氯联苯的念珠藻。该念珠藻的藻体为多细胞丝状体，有藻丝，具胶鞘，能固定无机氮。该藻种能够高效降解PCB1254，暴露一周时间该念珠藻对PCB1254的降解效率超过60％，其降解脱氯后培养基中测得的残留氯离子含量为2.26mg/L和3.01mg/L；对环境中六种典型的指示性多氯联苯(PCB52，PCB101，PCB118，PCB138，PCB137，PCB180)一个月的降解效率均大于70％，其中PCB52的降解率为98.7％；而降解一个月后培养基中PCB1254的残留量仅为15.65％。因此，该念珠藻可广泛应用于降解土壤环境中的多氯联苯。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种能降解多氯联苯的新藻种——念珠藻(Nostoc sp.)PCC 7120，及其在在微生物降解多氯联苯(PCBs)中的应用。
(二)背景技术
多氯联苯(PCBs)是联苯苯环上的氢被氯取代而形成的多氯化合物。由于其化学性质稳定、耐热不燃、易溶于油、绝缘性能优越，因而被广泛用作电力设备(如变压器、电容器)的绝缘液、油漆、塑料及无碳复写纸的添加剂等。
多氯联苯作为内分泌干扰物，对动物和人类的生殖系统、神经系统和免疫系统具有危害作用。PCBs对皮肤、肝脏、生殖系统及免疫系统的病变甚至癌变都有诱导效应，且通过食物链在生物体内累积对人类健康产生深远影响。2001年5月，多氯联苯已被列为《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》12种特别有害的持久性有机污染物之一，是目前已检测到的环境污染物中最致癌的物质之一。
PCBs按氯原子数或氯的百分含量分别加以标号，我国习惯上按联苯上被氯取代的个数(不论其取代位置)将PCB分为三氯联苯(PCB3)、四氯联苯(PCB4)、五氯联苯(PCB5)、六氯联苯(PCB6)、七氯联苯(PCB7)、八氯联苯(PCB8)、九氯联苯(PCB9)、十氯联苯(PCB10)。
尽管自1968年日本的米糠油事件后，世界各国陆续停止生产和使用多氯联苯，但是在1930～1990年间生产和使用了130万吨的PCBs。PCBs的亲脂性、难降解性和高富集性使其在环境中广泛存在。水、大气、土壤及底泥环境中均检测到PCBs的存在，其中土壤受PCBs的污染较为严重。
目前，国内外处理高浓度多氯联苯的一般方法是在1000～1400℃燃烧多氯联苯分解为二氧化碳、水、无机盐和灰渣的高温热分解法。近年来，一种被称为脱氯分解的方法在欧美和日本被用来处理多氯联苯。其原理是利用多氯联苯在某些碱性试剂(钾、钠、钙、镁及其氢氧化物)和催化剂作用下，由氢原子置换多氯联苯的氯原子达到处理多氯联苯的目的。上述物理或者化学方法，存在产生二次污染或者价格昂贵的问题。尽管国内外学者在微生物降解多氯联苯方面进行了研究，但我国在利用藻种降解多氯联苯的方面还未见有文献报道。因此，筛选出具有我国自主知识产权，可高效降解多氯联苯的藻种，无论在基础研究还是应用开发方面都具有非常重要的意义。
(三)发明内容
本发明的目的是针对当前环境特别是土壤中残留的多氯联苯污染物，提供一种能高效降解多氯联苯的念珠藻及其应用。
本发明采用的技术方案是：
一种能降解多氯联苯的藻种--念珠藻(Nostoc sp.)PCC 7120，保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国，武汉，武汉大学，邮政编码：430072，保藏日期：2011年12月6日，保藏编号：CCTCC No.M 2011446。
该藻种分离自浙江省台州市某多氯联苯污染的水稻田，该藻种暴露在2mg/L的多氯联苯(PCB1254)中一个月，可使PCB1254残留量降为初始浓度的15.65％，对多氯联苯具有较强的降解能力。本发明PCC7120念珠藻对PCB1254有较好的降解效果，PCC7120藻种对PCB1254的降解效率可达84.35％。
该藻种的藻体为多细胞丝状体，有藻丝，具胶鞘，能固定无机氮。PCC7120藻种在光照下，于20～30℃温度下，pH 7.0～9.0范围内均可生长，最适生长pH为7.1，最适生长温度为25℃，光照条件2000lux。
本发明还涉及所述的念珠藻PCC 7120在微生物降解多氯联苯中的应用。该念珠藻暴露时间为一个月时，对PCB1254的降解效率超过80％。
具体的，所述降解可在pH 7.0～9.0、20～30℃中于光照条件下进行。
优选的，所述降解在pH7.0～7.2、23～28℃、2000lux光照条件下进行。
优选的，所述降解在BG11液体培养基中进行。
本发明的有益效果主要体现在：本发明提供了一种能高效降解多氯联苯的念珠藻，该藻种能够高效降解PCB1254，暴露一周时间该念珠藻对PCB1254的降解效率超过60％，其降解脱氯后培养基中测得的残留氯离子含量为2.26mg/L和3.01mg/L；对环境中六种典型的指示性多氯联苯一个月的降解效率均大于70％，其中PCB52的降解率为98.7％；而降解一个月后培养基中PCB1254的残留量仅为15.65％，因此，该念珠藻可广泛应用于环境中多氯联苯的降解，具有重要应用前景。
(四)附图说明
图1为PCC7120藻种生物降解不同时间下的实验结果；
图2为PCC7120藻种生物降解不同浓度氯离子浓度下的实验结果；
图3为PCC7120藻种生物降解不同多氯联苯的实验结果；
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
(1)藻种分离与筛选
土样：采自浙江省台州市某多氯联苯污染的水稻田。
藻种的富集与分离：采用含10ppmPCBs的液体培养基筛选。
本发明所述培养基为：BG11无机盐培养基(1000mL)，组成见表1。
表1：BG11无机盐培养基组成
其中A5溶液组成见表2。
表2：A5溶液组成
| 组成物质 | 浓度 | 组成物质 | 浓度 |
| H3BO3 | 2.86g/L | MnCl2 | 1.81g/L |
| ZnSO4·7H2O | 0.222g/L | CuSO4·5H2O | 0.079g/L |
| NaMoO4·2H2O | 0.39g/L | Co(NH3)2·6H2O | 0.39g/L |
(2)藻种的分子鉴定
念珠藻的16SrDNA序列经测序，得到序列见SEQ ID No.1。
通过在Genebank上对该藻种的16SrDNA的BLAST进行比较分析(结果见表3)。BLAST比较分析结果表明：该藻种的16SrDNA序列与念珠藻属的同源性极高(98％)，因此PCC7120藻种(即CCTCC No.M 2011446)在分子分类上鉴定为念珠藻属(Nostoc)。
表3：PCC7120念珠藻种16SrDNA基因序列的BLAST比较
(3)藻种的生物降解作用
该念珠藻的用途是降解PCB1254，暴露时间为一个月时，PCC7120念珠藻对PCB1254的降解效率超过80％。
实施例2：PCC7120藻种生物降解2mg/L的PCB1254动力学实验
将Nostoc sp.PCC7120藻在25℃，2000lux光照下置于锥形瓶中培养至对数生长期，每锥形瓶中加入BG11无机盐培养基20mL，每个锥形瓶中加入溶解于甲醇的PCB1254工作液的初始浓度为2mg/L。分别按培养时间2天、4天、6天、8天取样，采用GC-ECD检测器测定培养基中PCB1254的含量，研究其降解动力学过程。降解结果见图1。
结果发现，本发明藻种对2mg/L PCB12548天的降解效率为46.98％，其降解反应动力学方程为：Ct＝29.795e-0.0614t(R2＝0.974)，降解速率为1.25mg·L-1·d-1，与对照组结果相比有明显的差异，表明发明藻种对PCB1254有明显的降解效率。
实施例3：PCC7120藻种生物降解2mg/L的PCB125425天的实验结果
将Nostoc sp.PCC7120藻在25℃，2000lux光照条件下于锥形瓶中培养至对数生长期，每锥形瓶中加入BG11无机盐培养基20mL，每个锥形瓶中加入溶解于甲醇的PCB1254工作液，使其初始浓度为2mg/L按培养时间25天取样，采用GC-ECD检测器测定降解后培养基中PCB1254的含量，并设置不加藻液的培养基为空白对照组。降解结果见表4。
表4：Nostoc sp.PCC7120念珠藻对PCB1254的降解效果
表4说明了本发明藻种在实验室条件下降解2mg/L PCB125425天的实验结果，从表中可以看出降解后反应体系中剩余的PCB1254仅为0.315mg/L，该藻种对其降解效率高达84.35％，相比于对照组，本发明藻种对PCB1254有明显的降解效率。
实施例4：PCC7120藻种对不同浓度PCB1254生物降解脱氯后溶液中氯离子的释放
将Nostoc sp.PCC7120藻在25℃，2000lux光照条件下于锥形瓶中培养至对数生长期，每锥形瓶中加入BG11无机盐培养基20mL，每个锥形瓶中加入溶解于甲醇的PCB1254工作液，使其初始浓度分别为2mg/L、5mg/L，按培养时间7天取样，采用改进型国标法测定培养基中PCB1254被降解脱去的氯离子的含量，同时实验设置不加藻液的培养基为空白对照组。降解结果见附图2。
图2是本发明藻种对不同浓度PCB1254的降解后溶液中氯离子的含量变化，结果可以看出，25℃，2000lux光照条件下降解7天，不同初始浓度PCB1254降解后溶液中氯离子含量分别增加了2.26mg/L和3.05mg/L，相比于实验组有明显的增幅，表明本发明藻种对PCB1254有很明显的降解效率，且随着初始PCB1254浓度的增加，这种降解脱氯的作用更加明显。
实施例5：PCC7120藻种对六种典型指示性多氯联苯的生物降解实验
将Nostoc sp.PCC7120藻在25℃，2000lux光照条件下于锥形瓶中培养至对数生长期，每锥形瓶中加入BG11无机盐培养基20mL，每个锥形瓶中加入溶解于甲醇的六种指示性多氯联苯混标(PCB52，PCB101，PCB118，PCB138，PCB137，PCB180)工作液，使其初始浓度为2mg/L，按培养时间一个月取样，采用GC-ECD检测器测定培养基中各指示性多氯联苯的含量，同时实验设置不加藻液的培养基为空白对照组。降解结果见附图3。
结论：本发明PCC7120藻种对六种典型指示性多氯联苯均具有较好的降解性能，因此，该念珠藻可广泛应用于环境中多氯联苯的降解。
SEQUENCE LISTING
<110> 杭州师范大学
<120> 一种能降解多氯联苯的念珠藻及其应用
<130>
<160> 1
<170> PatentIn version 3.4
<210> 1
<211> 1386
<212> DNA
<213> Nostoc sp. PCC 7120
<400> 1
tgtgagaatc tagcttcagg tcggggacaa ccactggaaa cggtggctaa taccggatgt 60
gccgaaaggt gaaagattta ttgcctgaag atgagctcgc gtctgattag ctagttggtg 120
tggtaagagc gcaccaaggc gacgatcagt agctggtctg agaggatgat cagccacact 180
gggactgaga cacggcccac actcctacgg gaggcagcag tggggaattt tccgcaatgg 240
gcgaaagcct gacggagcaa taccgcgtga gggaggaagg ctcttgggtt gtaaacctct 300
tttctcaggg aataaaaaaa tgaaggtacc tgaggaataa gcatcggcta actccgtgcc 360
agcagccgcg gtaatacgga ggatgcaagc gttatccgga atgattgggc gtaaagcgtc 420
cgcaggtggc actgtaagtc tgctgttaaa gagcaaggct caacctgtaa aggcagtgga 480
aactacagag ctagagtacg ttcggggcag agggaattcc tggtgtagcg gtgaaatgcg 540
tagagatcag gaagaacacc ggtggcgaaa gcgctctgct aggccgtaac tgacactgag 600
ggacgaaagc taggggagcg aatgggatta gataccccag tagtcctagc cgtaaacgat 660
ggatactagg cgtggcttgt atcgacccga gccgtgccgg agccaacgcg ttaagtatcc 720
cgcctgggga gtacgcacgc aagtgtgaaa ctcaaaggaa ttgacggggg cccgcacaag 780
cggtggagta tgtggtttaa ttcgatgcaa cgcgaagaac cttaccaaga cttgacatgt 840
cgcgaatctt cttgaaaggg aagagtgcct tagggagcgc gaacacaggt ggtgcatggc 900
tgtcgtcagc tcgtgtcgtg agatgttggg ttaagtcccg caacgagcgc aaccctcgtt 960
tttagttgcc agcattaagt tgggcactct agagagactg ccggtgacaa atcggaggaa 1020
ggtggggatg acgtcaagtc agcatgcccc ttacgtcttg ggctacacac gtactacaat 1080
gctacggaca gagggcagca agctagcgat agcaagcaaa tctcgtaaac cgtagctcag 1140
ttcagatcgc aggctgcaac tcgcctgcgt gaaggaggaa tcgctagtaa ttgcaggtca 1200
gcatactgca gtgaattcgt tcccgggcct tgtacacacc gcccgtcaca ccatggaagc 1260
tggcaacgcc cgaagtcatt actccaactt ttaggagagg aggatgccta aggcagtgct 1320
ggtgactggg gtgaagtcgt aacaaggtag ccgtaccgga aggtgtggct ggatcacctc 1380
ctttct 1386
Claims (4)
1.念珠藻（Nostoc sp.）PCC 7120在植物降解多氯联苯中的应用，所述念珠藻PCC 7120保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国，武汉，武汉大学，邮政编码：430072，保藏日期：2011年12月6日，保藏编号：CCTCC No. M 2011446。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于所述降解在pH 7.0~9.0、20~30℃中于光照条件下进行。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于所述降解在pH7.1、25℃、2000lux光照条件下进行。
4.如权利要求1所述的应用，其特征在于所述降解在BG11液体培养基中进行。
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