CN104805033B - 一株可降解多种邻苯二甲酸酯的微杆菌（Microbacterium sp．）J-1 - Google Patents

一株可降解多种邻苯二甲酸酯的微杆菌（Microbacterium sp．）J-1 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，具体公开了一株可降解多种邻苯二甲酸酯的微杆菌（Microbacteriumsp.）J‑1。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 2015055。该菌能够同时高效降解多种PAEs，弥补了菌种资源库中一菌多效菌种资源的不足；而且该菌在自然界中分布广泛，适应能力强。同时本发明提供了该菌株在修复污染土壤中的应用研究，为PAEs土壤污染的生物处理提供了技术保障。

Description

一株可降解多种邻苯二甲酸酯的微杆菌（Microbacterium sp．）J-1
技术领域
本发明属于环境污染物生物处理技术领域，具体涉及一株可同时高效降解多种邻苯二甲酸酯的新菌株，更具体地，涉及一株可降解多种邻苯二甲酸酯的微杆菌（Microbacteriumsp.）J-1。
背景技术
众多研究表明，邻苯二甲酸酯类化合物（Phthalic acid ester，PAEs）具有高毒性，致畸性、致癌性和致突变性，以及生殖毒性。PAEs主要被用作塑料工业的增塑剂，目前已成为全球最普遍的污染物之一，被美国环境保护局（EPA）和中国环境监测总站列为优先控制污染物（priority pollutant）。根据美国国家癌症研究所的研究结果，其中邻苯二甲酸二甲酯（DMP），邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、甲酸二正丁酯（DBP）、邻苯二甲酸丁苄酯（BBP）、邻苯二甲酸二正辛酯（DOP）和邻苯二甲酸二异辛酯（DEHP）等6种邻苯二甲酸酯被美国EPA列为优先控制污染物。由于塑料制品的大量使用，PAEs广泛存在于大气、水体、土壤以及生物体中。由于PAEs是一类疏水性有机污染物，具有较高的辛醇-水分配系数（Kow），容易吸附于沉积物和土壤颗粒物上。目前我国农业土壤中PAEs化合物的含量一般在几μg/kg至几十mg/kg。已有的调查数据显示，我国农业土壤中PAEs化合物有不同程度的超标，部分土壤的个别PAEs化合物超标严重，因此PAEs污染土壤的修复问题亟待解决。
环境中的PAEs可通过水解、光解和生物降解而消失，其中生物降解是其消失的主要途径。近年来，PAEs的细菌降解已经得到广泛的研究，大量高效降解PAEs的菌株已经从各类环境中分离得到，包括红树林、土壤、海洋、河流与废水处理厂的活性污泥等。然而，大多数已报道的降解菌均是仅对一种邻苯二甲酸酯具有高效降解能力，而既能够高效降解简单的短链PAEs又能降解复杂的支链或长链PAEs的降解菌种质资源很少被发现。同时，关于微杆菌对PAEs污染土壤的修复效果尚无报道。
发明内容
本发明的目的之一是针对当前多种PAEs污染修复技术的不足，提供一种可同时高效降解多种PAEs的降解菌，该菌对PAEs降解效率高，且易培养。
本发明的技术方案可通过以下技术实现：
一株新的可同时高效降解多种PAEs的降解菌，具体为微杆菌（Microbacteriumsp.）菌株 J-1，该菌株于2015年1月22日保藏在中国武汉武汉大学中国典型培养物保藏中心保藏，保藏号为CCTCC NO: M 2015055，分类命名为Microbacteriumsp. J-1。
本发明从污水处理厂的活性污泥中分离出一株对多种PAEs具有高效降解能力的微杆菌，并研究其在多种PAEs污染土壤中的修复效果，结果表明该菌可有效降低土壤中的PAEs污染，是理想的土壤环境污染修复微生物，具有十分广泛的应用前景。
所述微杆菌(Microbacteriumsp.)菌株J-1在LB培养基上培养七天的菌落较小，呈黄白色，湿润，凸起，有光泽，边缘整齐。扫描电镜下多为球状或近球状，直径0.4~1μm。
所述微杆菌(Microbacteriumsp.)菌株J-1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16S rDNA序列进行比对，结果表明该菌株与Microbacterium sp. 相似性最高，同源率达99%。
所述微杆菌(Microbacteriumsp.)菌株J-1能降解多种PAEs，特别是对短链PAEs，如DMP和DEP，3天的降解率均分别达到78.92%和71.57%，5天的降解率则达到93.42%和87.02%，7天几乎全部降解（降解率≥98%）。而针对长链PAEs，虽然相比短链PAEs降解速度较慢，但随着培养时间的延长，仍能达到较好的降解效果。7天DBP、DOP和DEHP的降解率分别达到95.07%、91.11%和84.61%。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明从污水处理厂的活性污泥中首次分离出一株对多种PAEs具有高效降解能力的微杆菌，该菌株能降解多种PAEs，特别是对短链PAEs。本发明提供的降解菌弥补了菌种资源库中一菌多效菌种资源的不足；而且该菌在自然界中分布广泛，适应能力强。同时本发明提供了该菌株在修复污染土壤中的应用研究，为PAEs土壤污染的生物处理提供了技术保障。
附图说明
图1为J-1菌株在LB培养基上培养7天的生长形态特征。
图2为J-1菌株的扫描电镜照片。
图3为J-1菌株的16S rDNA的系统发育树。
图4为J-1菌株对五种混合PAEs的降解效果。
图5为未接菌的污染土壤处理中各PAEs的降解效果。
图6为J-1菌株对污染土壤处理中各PAEs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
采集污水处理厂的活性污泥，称取5 g活性污泥样品于含有50 mL无菌水的150 mL三角瓶中，在30℃，140 rpm 培养3天后，取5 mL污泥悬液加入含有100 mL PAEs（分别含50mg/L DMP、DEP、DBP、DOP和DEHP）的上述MSM培养基中。经30℃，140 rpm培养7天后，每次按取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800 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J-1。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，J-1菌株在LB培养基上培养七天的菌落较小，呈黄白色，湿润，凸起，有光泽，边缘整齐。
扫描电镜观察鉴定：将纯化后的J-1菌株接入含有10 mL的LB液体培养基过夜活化。吸取800μL 菌液经8000 rpm离心3~5 min，去上清液，加入500μL PBS 洗菌3次。在收获的菌体沉淀中加入1 mL 2.5%戊二醛充分混匀，4℃静置过夜。然后再次经8000 rpm离心3~5min，去上清液，加入500μL PBS 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J-1菌体多为球状或近球状，直径0.4~1μm。
菌株的16S rDNA分子鉴定：提取J-1菌株的总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，菌株的16S rDNA序列如SEQ ID NO：1所示。将测序结果与GenBank中已报道的16S rDNA序列进行同源性比对，并选取相关菌种做进化树分析。如图3所示，J-1菌株与Microbacterium resistens strainNIOT-Cu-11（GenBank accession：KJ575058）和Microbacterium resistens strain AGP4-3（GenBank accession：AY277553）进化距离最短，同源性最高。其培养特征与扫描电镜观察特征与微杆菌（Microbacterium sp.）也最为相似，因此本发明筛选获得的降解菌为微杆菌（Microbacterium sp.）。
因此，发明人将微杆菌(Microbacteriumsp.)菌株J-1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 2015055；所述菌株命名为Microbacteriumsp. J-1。保藏地址为：中国武汉武汉大学。
实施例2 菌株J-1对多种PAEs的降解效果实验
S1.菌悬液的制备：将纯化后的菌株J-1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 =1.0 作为菌种悬液。
S2.向含有200 mg/L浓度PAEs（分别含200 mg/L的DMP、DEP、DBP、DOP和DEHP）的100mL MSM培养液中接种上述菌悬液1 mL，以不接菌作为对照，并调节pH为7.0，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DMP、DEP、DBP、DOP和DEHP的降解情况。
S3.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，五种PAEs的降解率显著上升。特别是对短链PAEs，如DMP和DEP，3天的降解率均分别达到78.92%和71.57%，5天的降解率则达到93.42%和87.02%，7天几乎全部降解（降解率≥98%）。而针对长链PAEs，虽然相比短链PAEs降解速度较慢，但随着培养时间的延长，仍能达到较好的降解效果。7天DBP、DOP和DEHP的降解率分别达到95.07%、91.11%和84.61%。同时也说明，J-1菌更易于利用短链和长直链PAEs，对于带有长支链的DEHP降解效果相对较差，但7天的降解率也超过80%，说明该菌能够高效的利用各种PAEs，可以作为PAEs污染环境生物处理的理想微生物。
实施例3 菌株J-1对多种PAEs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，向其中添加五种PAEs（包括DMP、DEP、DBP、DOP和DEHP），使土壤中各PAE含量分别达到100mg/kg，并加双蒸水调至田间持水量（约30%），避光老化15天。
S2.实验处理：分别称取上述含100 mg kg-1 DBP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测定土壤中各PAEs残留量。
S3.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6所示，与未接菌的污染土壤中PAEs降解效果（图5）相比，Microbacteriumsp. J-1菌显著增强了土壤中各PAEs的降解效果。与纯培养结果一致，J-1菌对短链PAEs（如DMP、DEP）的降解效率较高，10天的降解率均超过了95%。对长直链的DBP和DOP的降解效果也较好，10天的降解率分别为91.51%和79.98%。对长支链的DEHP的10天降解率为69.71%。而10天的未接菌的土壤中DMP、DEP、DBP、DOP、DEHP降解率分别为21.37%, 17.83%, 11.84%,9.62%, 6.88%。可见，Microbacterium sp. J-1菌能够显著提高污染土壤中PAEs的消除，在PAEs污染土壤修复中具有良好的应用潜力。
SEQUENCE LISTING
<110> 暨南大学
<120> 一株可降解多种邻苯二甲酸酯的微杆菌（Microbacterium sp.）J-1
<130>
<160> 1
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 1429
<212> DNA
<213> J-1菌株的16S rDNA序列
<400> 1
agaattggcg gcgtgcttac catgcaagtc gaacgatgaa gctggggctt gctctggtgg 60
attagtggcg aacgggtgag taacacgtga gcaacctgcc ctggactctg ggataagcgc 120
tggaaacggc gtctaatact ggatacgaga cgtggccgca tggtcaacgt ttggaaagat 180
ttttcggtct gggatgggct cgcggcctat cagcttgttg gtgaggtaat ggctcaccaa 240
ggcgtcgacg ggtagccggc ctgagagggt gaccggccac actgggactg agacacggcc 300
cagactccta cgggaggcag cagtggggaa tattgcacaa tgggcggaag cctgatgcag 360
caacgccgcg tgagggatga cggccttcgg gttgtaaacc tcttttagca gggaagaagc 420
gtgagtgacg gtacctgcag aaaaagcgcc ggctaactac gtgccagcag ccgcggtaat 480
acgtagggcg caagcgttat ccggaattat tgggcgtaaa gagctcgtag gcggtttgtc 540
gcgtctgctg tgaaatcccg aggctcaacc tcgggcctgc agtgggtacg ggcagactag 600
agtgcggtag gggagattgg aattcctggt gtagcggtgg aatgcgcaga tatcaggagg 660
aacaccgatg gcgaaggcag atctctgggc cgtaactgac gctgaggagc gaaagggtgg 720
ggagcaaaca ggcttagata ccctggtagt ccaccccgta aacgttggga actagttgtg 780
gggtcctttc cacggattcc gtgacgcagc taacgcatta agttccccgc ctggggagta 840
cggccgcaag gctaaaactc aaaggaattg acggggaccc gcacaagcgg cggagcatgc 900
ggattaattc gatgcaacgc gaagaacctt accaaggctt gacatacacg agaacgggcc 960
agaaatggtc aactctttgg acactcgtga acaggtggtg catggttgtc gtcagctcgt 1020
gtcgtgagat gttgggttaa gtcccgcaac gagcgcaacc ctcgttctat gttgccagca 1080
cgttatggtg ggaactcatg ggatactgcc ggggtcaact cggaggaagg tggggatgac 1140
gtcaaatcat catgcccctt atgtcttggg cttcacgcat gctacaatgg ccggtacaaa 1200
gggctgcaat accgtgaggt ggagcgaatc ccaaaaagcc ggtcccagtt cggattgagg 1260
tctgcaactc gacctcatga agtcggagtc gctagtaatc gcagatcagc aacgctgcgg 1320
tgaatacgtt cccgggtctt gtacacaccg cccgtcaagt catgaaagtc ggtaacacct 1380
gaagccggtg gcctaaccct tgtggaggga gccgtcgaag gtgatcaat 1429

Claims (2)

1.一株微杆菌(Microbacterium sp.)菌株J-1，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 2015055。
2.权利要求1所述的微杆菌菌株J-1在降解土壤邻苯二甲酸酯中的应用。
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