CN104805018B - 一株可同时降解多种邻苯二甲酸酯的壤霉菌(Agromyces sp．)MT‑E - Google Patents

一株可同时降解多种邻苯二甲酸酯的壤霉菌(Agromyces sp．)MT‑E Download PDF

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Abstract

本发明属于环境污染物生物处理技术领域，具体公开了一株可同时降解多种邻苯二甲酸酯的壤霉菌(Agromyces sp.)MT‑E。所述菌株于2015年1月22日保藏在中国典型培养物保藏中心（CCTCC），保藏编号为CCTCC NO：M 2015054。该菌能够以DBP和DEHP为唯一碳源进行好氧降解，在分别含有200 mg/L的DBP和DEHP为唯一碳源的无机盐培养基中7天的降解率分别可达97.06%和86.25%。将该菌接种于污染土壤10天后，土壤中DBP和DEHP的降解率分别可达77.29%和55.51%，其高效的降解速率说明该菌在PAEs污染的土壤修复中具有良好的应用前景。

Description

一株可同时降解多种邻苯二甲酸酯的壤霉菌(Agromyces sp．)MT-E
技术领域
本发明涉及环境污染物生物处理技术领域，具体地，涉及一株新型邻苯二甲酸酯降解菌，更具体地，涉及一株可同时降解多种邻苯二甲酸酯的壤霉菌(Agromyces sp.)MT-E。
背景技术
邻苯二甲酸酯，又称酞酸酯，缩写PAEs，是邻苯二甲酸形成的酯的统称。其中，邻苯二甲酸二丁酯（di-n-butylphthalate，DBP）和邻苯二甲酸二异辛酯（di-(2-ethylhexyl)phthalate，DEHP）是两种最广泛使用的塑料增塑剂，在PVC塑料中其含量可达40~60%。近几十年来，我国塑料大棚和农膜使用量急剧增加。随着塑料薄膜的大量使用，越来越多的DBP和DEHP被释放进入农田土壤，它们已成为在农田土壤中最常被检出的有机污染物，检测级别达到mg/kg。研究表明，这两种邻苯二甲酸酯具有高毒性，致畸性、致癌性和致突变性，以及生殖毒性，已被美国环境保护局（EPA）列为优先控制污染物。因此，我国农业土壤中的DBP和DEHP污染问题亟待解决。
由于这两种邻苯二甲酸酯的化学稳定性很好，自然条件下通过光解、水解等化学作用消失的速率非常缓慢，其半衰期长达20 年之久，绝大部分的DBP和DEHP主要是通过生物降解途径从环境中消失。其中微生物降解具有成本低，条件温和，不产生二次污染等优点，符合构建环境友好型及资源节约型社会的要求与发展趋势。因此，利用微生物的降解作用将DBP和DEHP转化为无害物质是去除环境中邻苯二甲酸酯污染的最佳手段。
目前，国内外学者已分别针对DBP和DEHP筛选出许多具有良好降解性能的菌株，但其中能够同时降解这两种邻苯二甲酸酯的菌株很少。壤霉菌（Agromycessp.）是土壤中广泛存在的一类菌属，目前有报道该菌属的某些菌种具有可高效降解苯酚、农药噻虫嗪及耐重金属的特性，但尚未见其可降解邻苯二甲酸酯的报道。
发明内容
本发明为了克服现有技术的上述不足，提供一株新型邻苯二甲酸酯降解菌。
为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：
一株壤霉菌(Agromycessp.)菌株MT-E，所述菌株于2015年1月22日保藏在中国典型培养物保藏中心（CCTCC），保藏编号为CCTCC NO: M 2015054，保藏地址为：中国武汉武汉大学，菌株分类命名为Agromycessp. MT-E。
本发明所述壤霉菌(Agromycessp.)菌株MT-E是从常年使用塑料大棚的农田土壤中分离筛选获得的，该菌株可同时高效降解DBP和DEHP，因此本发明补充了邻苯二甲酸酯降解菌的种质资源，也为进一步研发PAEs污染的农田土壤的生物修复技术提供了科学依据，具有广泛的应用潜力。
壤霉菌(Agromycessp.)菌株MT-E在牛肉膏蛋白胨培养基（LB）上划线培养7天，菌落呈暗黄色、扁平、湿润、边缘不平整、扩散生长，七天后几乎铺满平板。扫面电子显微镜下呈短杆状，长约0.8~1.5微米，宽约0.3~0.5微米。经生理生化检测，该菌为革兰氏阳性菌。另外，该菌株的最适生长条件为：温度30~35℃，pH为6.0~8.0。
壤霉菌(Agromycessp.)菌株MT-E的16S rDNA基因序列如SEQ ID NO:1所示，通过NCBI官方网站（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/）的BLAST程序与其他已登录细菌菌株16SrDNA序列进行比对，结果表明该菌株与Agromycessp. 相似性最高，同源率达99%。
壤霉菌(Agromycessp.)菌株MT-E具有同时高效降解DBP和DEHP的能力。将制备好的MT-E菌种悬液接种于均含有200 mg/L的DBP和DEHP的MSM培养基三角瓶中，该菌以DBP和DEHP作为唯一碳源生长，并对其具有高效的降解率。在第1，3，5，7天对DBP的降解率分别为8.40%，40.64%，89.30%，97.06%；对DEHP的降解率分别为5.31%，30.92%，73.12%，86.25%。可见，该菌株对两种邻苯二甲酸酯均具有良好的降解效果。
将该菌株接种于DBP和DEHP污染的土壤中，30℃避光静置培养10天后，与未接菌的对照相比，该菌株显著降低了土壤中DBP和DEHP的含量。在第10天对DBP和DEHP的降解率分别为77.29%和55.51%。而对照组DBP和DEHP的自然降解率分别为9.37%和7.87%。说明该菌株在DBP和DEHP污染的土壤修复中具有极大的应用潜力。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一株可同时高效降解DBP和DEHP的新菌株—壤霉菌(Agromycessp.)MT-E，丰富了邻苯二甲酸酯降解菌的种质资源库，而且该菌株在土壤中分布广泛，易于培养，适应能力强；另外通过土壤修复实验说明了该菌实际污染土壤的生物处理中将有巨大的应用前景。
附图说明
图1为MT-E菌株在LB培养基上培养7天的生长形态特征。
图2为MT-E菌株的扫描电镜照片。
图3为MT-E菌株的16S rDNA的系统发育树。
图4为MT-E菌株对DBP和DEHP的降解动力学及生长曲线。
图5为MT-E菌株对污染土壤中DBP和DEHP的降解效果。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例来进一步详细阐述本发明。本发明以下实施例为本发明较佳的实施方式，本发明主要阐述所述菌株以及基于所述菌株的应用思想，实施方式中简单参数的替换不能一一在实施例中赘述，但并不因此限制本发明的保护范围，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，应被视为等效的置换方式，包含在本发明的保护范围之内。
实施例中所述培养基配方如下：
无机盐培养液（MSM，g/L）：K2HPO4：5.8，KH2PO4：4.5，(NH4)2SO4：2.0，MgCl2：0.16，CaCl2：0.02，Na2MoO4·2H2O：0.0024，FeCl3：0.0018，MnCl2·2H2O：0.0015。最终pH为7.5。
牛肉膏蛋白胨培养基（LB）：酵母粉5.0 g，蛋白胨10.0 g，氯化钠10.0 g，加超纯水至1L，调节pH= 7.0；121℃灭菌20min。固体平板则添加1.5%（w/v）琼脂粉。
实施例1菌株的分离与鉴定
采集常年使用塑料大棚的农田土壤，称取5 g新鲜土壤样品于含有50 mL无菌水的150 mL三角瓶中，在30℃，150 rpm 培养3天后取5 mL污泥悬液加入含有100 mL DBP和DEHP（分别为50 mg/L）的MSM培养基中。经30℃，150 rpm培养7天后，每次按1 mL的接种量连续富集、转接10次，并相应提高培养基中PAEs含量至1000 mg/L。然后将驯化10次的培养液稀释103~105涂布于LB固体平板上，30℃倒置培养1~3天。待平板上长出单菌落后，挑取单菌落多次划线纯化，分离获得一株细菌，编号MT-E。然后将菌株接种于LB固体平板上30℃倒置培养7天，观察其菌落形态（见图1）。由图1可知，菌落呈暗黄色、扁平、湿润、边缘不平整、扩散生长，七天后几乎铺满平板。
扫描电镜观察鉴定：将纯化后的菌株MT-E接入含有10 mL的LB液体培养基过夜活化。吸取800 μL 菌液经8000 rpm离心3~5 min，去上清液，加入500 μL PBS溶液洗菌3次。在收获的菌体沉淀中加入1 mL的2.5%戊二醛充分混匀，4℃静置过夜。然后再次经8000 rpm离心3~5 min，去上清液，加入500μL PBS溶液洗菌3次。随后将菌体分别在30%，50%，70%，85%，90%和100%的梯度乙醇中脱水2次，每个梯度约浸泡15 min，然后8000 rpm离心去上清液，最后用乙酸异戊酯置换乙醇2次，每次20 min，方法同上述乙醇脱水过程。经过CO2干燥后制片观察。图2可见在扫描电镜下MT-E菌体呈短杆状，长约0.8~1.5微米，宽约0.3~ 0.5微米。
将MT-E菌株进行生理生化特征鉴定，鉴定结果见表1。
表1.MT-E菌株的生理生化特征鉴定
生理生化测定 结果
革兰氏染色试验 ＋
V-P试验 －
MR试验 ＋
淀粉水解试验 －
氧化酶试验 －
接触酶反应 ＋
尿素试验 ＋
吲哚试验 －
注：“＋”代表阳性；“－”代表阴性
MT-E菌株的16S rDNA分子鉴定：提取细菌总DNA，用细菌16S rDNA通用引物对该菌基因组进行PCR扩增。PCR产物经测序（由上海生工完成测序）后，将测序结果与GenBank中已报道的其他菌株的16S rDNA序列进行同源性比对，并选取相关菌种做进化树分析（见图3）。另外，其形态特征和生理生化指标（见表1）也与壤霉菌（Agromyces sp.）也最为相似，因此本发明分离获得的降解菌鉴定为壤霉菌（Agromyces sp.）。
因此，发明人将壤霉菌(Agromycessp.)菌株MT-E保藏在中国典型培养物保藏中心（CCTCC）保藏，保藏日期是2015年1月22日，保藏编号是CCTCC NO: M 2015054；所述菌株命名为Agromycessp. MT-E。保藏地址为：中国武汉武汉大学。
实施例2 壤霉菌(Agromycessp.) 菌株MT-E对DBP和DEHP的降解效果实验
S1.菌悬液的制备：将纯化后的MT-E菌株接入含有10 mL的LB液体培养基过夜活化培养至对数期，经5000 rpm 离心10 min收集菌体，用PBS洗菌3次后重悬，调节OD600 nm =0.8 作为菌悬液。
S2.向含有200 mg/L浓度DBP和DEHP（各含200 mg/L）的100 mL MSM培养液中接种上述菌悬液1 mL，以不接菌作为阴性对照，并调节pH为7.5，每组三个重复。在30℃，150 rpm恒温摇床培养7天，分别于0，1，3，5，7天取样并抽提样品，经GC/MS测定样品中DBP和DEHP的降解情况，同时用分光光度计测定各时间点的细菌生长情况OD600 nm。
样品处理：将在摇瓶中培养后的样品 100 mL 转移入分液漏斗，加入20 mL 二氯甲烷振荡萃取10 min，用150 mL 三角瓶收集有机相（下相），分液漏斗中的水相再加入20mL的二氯甲烷相同方法振荡萃取3次，合并有机相，然后过含有18 cm已烘干的无水Na2SO4玻璃柱（1.5 cm×35 cm）进行干燥，用鸡心瓶收集滤液，经旋转蒸干后定容10 mL待测。
色谱条件：采用岛津公司QP2010 Plus型GC/MS串联质谱仪。色谱柱为安捷伦HP-5柱子(0.25 μm × 0.25 mm × 30 m)，进样温度为250℃，离子源（EI）温度为220℃，采用不分流进样 1 μL，载气为高纯氦气。升温程序为：初始温度为100℃，保持2 min，15℃/min梯度上升至129℃，然后以40℃/min升温至280℃，保持5min。
质量控制：采用外标法和六点校正标准物质制作标准曲线。6种PAEs混标的基质加标平均回收率为90.5~107.6%，相对偏差低于10.7%，仪器检测限为0.62-1.22 ug/mL。
由附图4可知，随着培养时间的延长，样品中DBP和DEHP的残留量显著降低。特别是DBP，其降解速率高于DEHP，在第1，3，5，7天DBP的降解率分别为8.40%，40.64%，89.30%，97.06%；而DEHP降解相对较慢，但随着培养时间的延长，仍能达到较好的降解效果。在第1，3，5，7天DEHP的降解率分别为5.31%，30.92%，73.12%，86.25%。另外，随着培养时间增加，MT-E菌株的生长逐渐旺盛，说明该菌能够很好的利用DBP和DEHP进行生长繁殖，在邻苯二甲酸酯污染环境的生物修复中具有良好的应用潜力。
实施例3菌株MT-E对DBP和DEHP污染土壤的修复效果
S1.供试土壤制备：土壤为华南农业大学农场水稻土，风干后过60目筛，pH为6.7，向其中添加DBP和DEHP，使其在土壤中含量分别达到100 mg/kg，并加双蒸水调至田间持水量（约30%），避光老化15天。
S2.分别称取上述含100 mg kg-1 DBP和DEHP的土壤200 g于三角瓶中，向土壤中添加菌悬液50 mL，充分混匀，另外不接菌的处理为对照组。将土壤调至田间持水量（约30%的含水量），在30℃恒温箱中避光培养，分别于0，2，4，6，8，10天定期取样抽提，然后经GC/MS测定土壤中DBP和DEHP残留量。
样品抽提：称取1 g风干磨碎的土壤样品于35 mL玻璃离心管中，加入20 mL的二氯甲烷并超声萃取10 min，然后经3500 rpm离心收集上清液。土样沉淀中再加入20 mL的二氯甲烷相同方法超声萃取3次，合并上清液。然后经旋转蒸发浓缩上清液，用二氯甲烷超声清洗后过柱子（1.0 cm×35 cm，填料自上而下为无水Na2SO4，硅胶和氧化铝），用鸡心瓶收集滤液经N2吹干后，用色谱纯二氯甲烷重新溶解并定容至1 mL，待GC/MS测定。
GC/MS色谱条件同上所述。
质量控制：采用外标法和六点校正标准物质制作标准曲线。6种PAEs混标的基质加标平均回收率为92.5~110.2%，相对偏差低于10.5%，仪器检测限为0.12~0.45 ug g-1。该方法满足痕量有机物定量分析要求。
如图5所示，与未接菌的对照组相比，Agromyces sp. MT-E菌显著增强了土壤中DBP和DEHP的降解效果。在接菌后第0、2、4、6、8、10天，土壤中的DBP残留分别为95.13 mg/kg、92.46 mg/kg、82.45 mg/kg、63.49 mg/kg、34.08 mg/kg、21.16 mg/kg；土壤中DEHP的残留量分别为97.06 mg/kg、94.28 mg/kg、87.15 mg/kg、76.36 mg/kg、55.21 mg/kg、43.18mg/kg。在接菌培养的第10天，DBP的降解率比对照组提高了大约77%，DEHP则提高了大约55%。土壤中的DBP和DEHP含量均随修复时间的延长而逐步降低。可见，Agromyces sp. MT-E菌能够显著提高污染土壤中DBP和DEHP的消除，可作为DBP和DEHP污染土壤生物修复技术的理想微生物。
SEQUENCE LISTING
<110> 暨南大学
<120> 一株可同时降解多种邻苯二甲酸酯的壤霉菌(Agromyces sp.)MT-E
<130>
<160> 1
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 1408
<212> DNA
<213> MT-E菌株的16S rDNA序列
<400> 1
tgctttacca tgcagtcgaa cgatgaactt ggagcttgct ctgggggatt agtggcgaac 60
gggtgagtaa cacgtgagta acctgccctg gactctggga taacttcgag aaatcggagc 120
taataccgga taggaccttg caccgcatgg tgtggggtgg aaagtttttc ggtttgggat 180
ggactcgcgg cctatcagct tgttggtgag gtaatggctc accaaggcgt cgacgggtag 240
ccggcctgag agggtgaccg gccacactgg gactgagaca cggcccagac tcctacggga 300
ggcagcagtg gggaatattg cacaatgggc gcaagcctga tgcagcaacg ccgcgtgcgg 360
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cctgcagaaa aaggaccggc taactacgtg ccagcagccg cggtaatacg tagggtccga 480
gcgttgtccg gaattattgg gcgtaaagag ctcgtaggcg gtttgtcgcg tctgctgtga 540
aaactagagg ctcaacctct agcctgcagt gggtacgggc agacttgagt ggtgtagggg 600
agactggaat tcctggtgta gcggtggaat gcgcagatat caggaggaac accgatggcg 660
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ggtttccgtg tcgtagctaa cgcattaagc gccccgcctg gggagtacgg ccgcaaggct 840
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tctttggaca ctcgtgaaca ggtggtgcat ggttgtcgtc agctcgtgtc gtgagatgtt 1020
gggttaagtc ccgcaacgag cgcaaccctc gtcgcatgtt gccagcacgt tatggtgggg 1080
actcatgtga gactgccggg gtcaactcgg aggaaggtgg ggatgacgtc aaatcatcat 1140
gccccttatg tcttgggctt cacgcatgct acaatggccg gtacaaaggg ctgcgatgtc 1200
gtaaggcgga gcgaatccca aaaagccggt ctcagttcgg attgaggtct gcaactcgac 1260
ctcatgaagt cggagtcgct agtaatcgca gatcagcaac gctgcggtga atacgttccc 1320
gggccttgta cacaccgccc gtcaagtcat gaaagtcggt aacacccgaa gccggtggcc 1380
taacccttgt gaggagccgt agaaggga 1408

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1.一株壤霉菌(Agromyces sp.)菌株MT-E，所述菌株于2015年1月22日保藏在中国典型培养物保藏中心（CCTCC），保藏编号为CCTCC M 2015054。
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Biodegradation of dibutyl phthalate and di-(2-ethylhexyl) phrhalate and microbial community changes in mangrove sediment;Yuan Shaw-Ying等;《Journal of Hazardous Materials》;20101225;第184卷(第1-3期);第826-831页 *
两株高效苯酚降解菌的筛选、鉴定及生物强化-DTRO 组合工艺初步验证;张孝龙等;《微生物学通报》;20141231;第41卷(第11期);第2264-2274页 *
环境内分泌干扰物——邻苯二甲酸酯的生物降解研究进展;骆祝华等;《应用与环境生物学报》;20081225;第14卷(第6期);第890-897页 *

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