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裂褶菌MCCC 3A00233对菲、荧蒽降解作用的研究



全 文 :书第11卷 第18期
2016年9月
中 国 科 技 论 文
CHINA SCIENCEPAPER
Vol.11No.18
Sep.2016
裂褶菌 MCCC 3A00233对菲、
荧蒽降解作用的研究
李方方1,薛雅蓉1,段 宁1,刘常宏1,骆祝华2
(1.南京大学生命科学学院,南京210023;2.国家海洋局第三海洋研究所,福建厦门361005)
摘 要:采用平板和液体培养技术,研究了1株海洋源裂褶菌(Schizophyllum commune MCCC 3A00233)降解多环芳烃(polycy-
clic aromatic hydrocarbons,PAHs)类化合物菲、荧蒽的效率及机理。结果表明:裂褶菌 MCCC 3A00233对菲、荧蒽具有较高的
耐受性,在质量浓度高达200mg/L的平板上,菌丝生长的抑制率≤25%;当菲、荧蒽的质量浓度为50mg/L时,菌株生长最快,
培养10d对菲、荧蒽的降解率≥80%,降解产物对植物、微生物的毒性大大减小。另外,该菌对菲、荧蒽的降解作用主要是通过
产生锰过氧化物酶(manganese peroxidase,MnP),其次为木质素过氧化物酶(lignin peroxidase,LiP)和漆酶(Laccase)而起作用
的,其中Lip和Laccase在该菌降解菲、荧蒽的起始阶段发挥重要作用。这些结果表明,裂褶菌 MCCC 3A00233是1株高效降解
菲、荧蒽的白腐真菌,可用于海水中PAHs类污染物的降解。
关键词:微生物学;裂褶菌;菲;荧蒽;生物降解;木质素降解酶
中图分类号:X172     文献标志码:A 文章编号:2095-2783(2016)18-2035-04
Study on fluoranthene and phenanthrene degradation
by Schizophyllum commune MCCC 3A00233
LI Fangfang1,XUE Yarong1,DUAN Ning1,LIU Changhong1,LUO Zhuhua2
(1.School of Life Science,Nanjing University,Nanjing210023,China;2.Third Institute of
Oceanography,State Oceanic Administration,Xiamen,Fujian361005,China)
Abstract:The degradation efficiency and mechanism of two polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)(fluoranthene and phenan-
threne)by a marine fungus Schizophyllum commune MCCC 3A00233were evaluated by using plate and liquid culture techniques.
The results show that S.commune MCCC 3A00233can tolerate fluoranthene and phenanthrene at the concentration as high as
200mg/L.The strain MCCC 3A00233grows wel in the culture containing 50mg/L of either fluoranthene or phenanthrene,re-
sulting in≥80%degradation of the compounds after 10dof incubation based on gas chromatography(GC)analysis.In addition,
the degradation products were much less toxic to plants and microorganisms compared to their mother compounds(fluoranthene
and phenanthrene).Further study indicates that degradation of fluoranthene and phenanthrene by the strain MCCC 3A00233is
mainly due to the production of manganese peroxidase(MnP),lignin peroxidase(LiP)and Laccase.It seems that Lip and Lacca-
se play more active roles at the beginning of the degradation process.These results suggest that S.commune MCCC 3A00233is
one of the white rot fungi with high fluoranthene and phenanthrene degradation capacity and could be used to degrade the PAHs
polutants in the ocean.
Keywords:microbiology;Schizophyllum commune;fluoranthene;phenanthrene;biodegradation;ligninolytic enzymes
收稿日期:2016-04-06
基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20130091110036);国家自然科学基金资助项目(31272081,31471810)
第一作者:李方方(1992-),女,硕士研究生,主要研究方向为深海微生物
通信作者:刘常宏,教授,主要研究方向为微生物生理与代谢,chliu@nju.edu.cn
  多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,
PAHs)是1类性质稳定且具有致癌、致畸和致突变
的有毒有机污染物,广泛存在于各种环境介质中,对
人体健康和生态环境具有潜在的危害性,已被多个
国家列为优先控制污染物[1-3]。海水中含有大量多
环芳烃,如菲、荧蒽等,其分子中含有2个或者2个以
上苯环,通过海洋生物累积及食物链传递,最终给人
体健康带来极大危害[4-5]。海上泄油、自然渗漏、非
法排放、沿岸石油生产及精炼和陆源污染物的注入
等都是海洋环境石油污染及含菲、荧蒽物质污染的
重要来源[6]。
白腐真菌是1类使木材呈白色腐朽的真菌,能
够产 生 锰 过 氧 化 物 酶 (manganese peroxidase,
MnP)、木质素过氧化物酶(lignin peroxidase,LiP)、
漆酶(Laccase)等,被广泛应用于染料、PAHs和木质
素等的降解。白腐真菌种类繁多,主要有原毛平革
菌属(Phanerochaete)、裂褶菌属(Schizophyllum)、
革盖菌属(Coriolus)、侧耳属(Pleurotus)和栓菌属
(Trametes)等真菌[7]。在陆地及海洋环境中,白腐
真菌是常见的芳香烃降解菌。目前,国内外已经报
中 国 科 技 论 文 第11卷 
道黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)、
采绒革盖菌(Coriolus versicolor)、乳白耙齿菌(Ir-
pex lacteus)、青顶拟多孔菌(Polyporellus picipes)
等能够降解PAHs[8-10],而有关裂褶菌降解PAHs的
报道则较少。
本文通过研究1株分自海洋的裂褶菌菌株对
PAHs的降解活性及木质素降解酶产生情况,为处
理海洋中PAHs污染物提供重要的生物资源和替代
途径。
1 材料方法
1.1 材 料
1.1.1 培养基的制备
基础培养基:0.017 26g/L H3BO3、2.941 4g/L
CaCl2、4.166g/L MgCl2、0.096 2g/L KBr、4.261 8
g/L Na2SO4、0.158 2g/L NH4Cl、5.046g/L KCl、
33.426g/L NaCl。
PAHs降解培养基:基础培养基中含有50mg/
L的荧蒽或菲。
耐受培养基:基础培养基中含有葡萄糖6g、琼
脂20g,以及100mg/L和200mg/L的菲或荧蒽。
生长培养基:基础培养基中含有琼脂20g,以及
25~125mg/L的菲或荧蒽。
PDB培养基:200g马铃薯、20g葡萄糖,加蒸馏
水定容至1 000mL,自然pH。
1.1.2 主要试剂
PAHs:菲、荧蒽购于 Sigma(美国),均为分
析纯。
受试 菌 株:裂 褶 菌 MCCC 3A00233(Schiz-
phylhls commune)分离自大西洋,购于中国海洋微生
物菌种保藏管理中心。
1.2 裂褶菌 MCCC 3A00233对PAHs的降解特性
1.2.1 菌悬液的制备
无菌操作条件下,将纯化菌株接种于PDB培养
基中,在30℃,150r/min摇床振荡条件下培养3d,
6 000r/min离心5min收集菌体,使用0.9%生理盐
水洗涤菌体3次,再用0.9%生理盐水洗涤菌体重悬
至所需浓度备用。
1.2.2 菌株对PAHs的耐受性
在PAHs耐受培养基中接种1个7mm的菌饼,
以不含有PAHs的耐受培养基作为阴性对照,每个
处理重复3次。在30℃下培养5d,测量菌丝生长
半径,计算菌丝生长抑制率[11]。
1.2.3 不同浓度菲、荧蒽对菌株生长的影响
在生长培养基中接种1个7mm的菌饼,以不加
PAHs的生长培养基作为阴性对照,每个处理重复3
次,在30℃下培养5d,逐天测量菌丝生长半径。
1.2.4 菌株对PAHs的降解
在250mL的盐水瓶中加入100mL的降解培养
基,接入5%的菌悬液,以加灭活菌悬液作对照,每个
处理重复9瓶。30℃,150r/min避光震荡培养,在
第2、5、10d分别取3瓶进行取样(1mL),在4℃保
存,并将剩余液体用等体积二氯甲烷重复3次萃取
培养物中残余的 PAHs,合并萃取液后在水温为
40℃的旋转蒸发器中减压浓缩至10mL。取1μL
进行气相色谱(gas chromatography,GC)分析,根据
培养基中菲或荧蒽的残留量和起始量计算降
解率[12]。
1.2.5 降解产物的毒性测试
将大豆、小麦种子于25℃温水中浸泡12h,置
于3层滤纸上,喷洒适量菲或荧蒽降解产物(10d
后),每天喷洒2次,以喷洒无菌水及喷洒50mg/L
的菲或荧蒽溶液为对照,28℃培养5d,测定种子发
芽率、胚根长度,重复3次。
以大肠杆菌(Escherichia coli)和金黄色葡萄球
菌(Staphylococcus aureus)为受试菌种,采用圆纸片
法[13]测定降解产物(10d后)对微生物的毒性。将所
用细菌在37℃培养24h后测定抑菌圈大小(直径),
计算抑菌率,每个处理5个重复。
1.3 木质素降解酶活性测定
取4℃保存菌液,以10 000r/min离心5min取
上清液保存,用紫外分光光度计分别测定 MnP、LiP和
Laccase的酶活[14-16]。30℃下每min催化1μmol/L底
物反应所需的酶量定义为1个酶活单位(U/L)。
2 结果与讨论
2.1 裂褶菌对菲、荧蒽的耐受性
高质量浓度的菲、荧蒽(200mg/L)对裂褶菌的
生长有一定的抑制作用,抑制率分别为 25%和
17.8%,但在低质量浓度(100mg/L)下,抑制率较低
(<8%)(图1)。菌株对PAHs的耐受性是检测其对
PAHs降解水平的首要因素[17]。Lee等[11]研究发
现,30mg/L的菲、荧蒽对烟管菌 KUC8204菌丝生
长抑制率分别为10~30%和0~10%。与之相比,裂
褶菌对菲、荧蒽具有较高的耐受性,表明其在降解多
环芳烃方面有巨大的潜力。
图1 菲、荧蒽对 MCCC 3A00233菌株菌丝生长的抑制率
2.2 裂褶菌利用菲、荧蒽的生长曲线
虽然高质量浓度的菲、荧蒽抑制裂褶菌 MCCC
6302
 第18期 李方方,等:裂褶菌 MCCC 3A00233对菲、荧蒽降解作用的研究
3A00233菌株的生长,但在一定范围内(≤50mg/
L),随着菲、荧蒽质量浓度的增加,它们均能促进菌
株的生长(图2)。另外,与无碳源培养基相比,即使
在100mg/L的高质量浓度菲或荧蒽培养基中,菌株
均有较好的生长,表明菲、荧蒽可作为裂褶菌生长的
碳源物质,维系其生长能量需求。
CK为无菲、无荧蒽培养基对照
图2 不同质量浓度的菲、荧蒽对裂褶菌
MCCC 3A00233菌株生长的影响
2.3 裂褶菌对菲、荧蒽的降解
裂褶菌对菲、荧蒽都有一定的降解能力,培养5d
的降解率分别为50.77%和74.32%,10d的降解率
分别为78%和84.11%。Matsubara等[18]也报道了
类似的实验,证明裂褶菌IFO30749菌株对菲有降解
作用,但降解率较低,培养28d的降解率仅为65%。
Wirasnita等[19]报道了1株肺形侧耳(Pleurotus pul-
monarius F043)菌对荧蒽的降解作用,培养30d的
降解率低于20%。宋立超等[20]报道的成团泛菌
(Pantoea agglomerans)TJB5菌株对菲降解率较高,
但降解周期长,降解率达72.9%,需要15d。杜彦玲
等[21]研究了1株单胞菌(Pseudomonas sp.)对菲的
降解能力,发现该菌对菲的降解率因初始质量浓度
而异,低质量浓度(10mg/L)下培养7d的降解率为
56.3%,而高质量浓度(40mg/L)下仅为29.75%。
此外,董纯明等[22]曾报道1株菲高效降解菌新鞘氨
醇杆菌属(Novosphingobium)菌株 TVG9-Ⅶ,该菌
株培养21d对菲的降解率高达95.2%,但对荧蒽的
降解率较低,仅为59.3%。这些研究结果均表明裂
褶菌 MCCC 3A00233是1株对菲、荧蒽均高效降解
的白腐菌,具有用于PAHs污染环境的修复潜力。
图3 MCCC 3A00233菌株降解菲和荧蒽随时间的变化
2.4 生物毒性
与菲、荧蒽相比,裂褶菌降解10d后的产物基本
失去了植物和微生物毒性(表1)。大量研究结果表
明,生物毒性可用于PAHs降解效果的评价[23-24]。
因此,该研究结果说明裂褶菌的确能够降解PAHs
物质,可用于该类物质污染的去除。
表1 菲、荧蒽及其降解产物的植物与微生物毒性
项目 处理
小麦 大豆 抑菌圈直径/mm
发芽率/% 胚根/cm 发芽率/% 胚根/cm 大肠杆菌 金黄色葡萄球菌


荧蒽
100  10.25±0.02  100  37.83±0.03 — —
50mg/L  82.0±2.0  3.41±0.01  84.0±2.5  13.02±0.02  10.0±0.4  12.0±0.3
降解产物 100  8.92±0.01  100  29.76±0.02  1.5±0.2  2.2±0.1
50mg/L  76.0±2.5  2.67±0.01  68.0±2.0  10.5±0.01  12.0±0.2  14.6±0.1
降解产物 100  9.11±0.02  100  33.14±0.02  1.0±0.3  2.5±0.2
2.5 木质素酶活活性测定
芳香族化合物可以刺激并调节木质素降解酶的
产生,这一特性使真菌可以利用这些PAHs化合物
作为唯一碳源[25]。杜丽娜[26]在研究青顶拟多孔
(Polyporellus picipes)降解PAHs的过程中发现,
Laccase起主要作用。本文研究结果显示,裂褶菌降
解菲、荧蒽与其产木质素降解酶酶活有关,其中 MnP
活性最高,其次为LiP和Laccase(图4)。然而,LiP
图4 裂褶菌降解菲、荧蒽过程中木质素降解酶酶活
7302
中 国 科 技 论 文 第11卷 
与Laccase酶活达到最高的时间早于 MnP,前者第
2d达到高峰,而后者则在5d或5d以后,表明LiP
和Laccase在该菌降解菲、荧蒽的起始阶段发挥重要
作用,而 MnP则负责菲、荧蒽的完全降解。此外,裂
褶菌降解菲、荧蒽可能采用不同的策略,降解菲,
Laccase酶活较高(图4(a));而降解荧蒽,则LiP酶
活较高(图4(b))。虽然裂褶菌降解菲、荧蒽过程中
MnP活性较高,但在降解菲中的活性维持时间更长。
在含菲培养基中培养10d的酶活为121.7U/L,较
5d时增加了23.2U/L;而在含荧蒽培养基中,10d
的 MnP活性较5d时降低了45.12U/L。这些结果
表明,裂褶菌通过产生木质素降解酶来分解菲、荧蒽
等PAHs化合物,但可能采用不同的降解机理。
3 结 论
通过对裂褶菌 MCCC 3A00233的耐受性、生长曲
线、降解率及相关酶活产生情况的研究,得到如下结论。
1)裂褶菌 MCCC 3A00233菌株可利用菲、荧蒽
等PAHs类物质获得能量,且对该类物质有较高的
耐受性及降解活性。
2)裂褶菌 MCCC 3A00233菌株对菲、荧蒽等
PAHs类物质的降解主要通过产生 MnP、LiP和
Laccase,但这些酶活的表达可能与PAHs化合物结
构类型有关。
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