全 文 ：共代谢条件下光合细菌对 2鄄氯苯酚的生物降解*
董怡华1,2 摇 胡筱敏2**摇 和英滇2 摇 李摇 亮2
( 1 沈阳大学生物与环境工程学院, 沈阳 110044; 2 东北大学资源与土木工程学院, 沈阳 110004)
摘摇 要摇 光合细菌 PSB鄄1D不能利用2鄄氯苯酚(2鄄CP)作为唯一的碳源和能源.选用苹果酸、丙酸
钠、乙酸钠、柠檬酸钠、苯酚、葡萄糖和可溶性淀粉等 7 种不同碳源作为光合细菌 PSB鄄1D 降解
2鄄CP的共代谢基质,考察了在黑暗好氧培养条件下,不同共代谢基质对 PSB鄄1D生长及降解 2鄄CP
效果的影响.结果表明:葡萄糖能够很好地促进 PSB鄄1D的大量繁殖,提高降解效果,缩短降解周
期,为最佳共代谢基质.对葡萄糖的投加浓度进行了优化,当葡萄糖的投加浓度为 3 g·L-1时,菌
株 PSB鄄1D培养168 h后的菌体生长浓度 驻D560为 1郾 749,2鄄CP的半衰期为3郾 9 d,降解速率常数为
0郾 00864 h-1 .采用 SDS鄄PAGE 对微生物全细胞蛋白质进行分析发现,在共代谢过程中当菌株
PSB鄄1D利用葡萄糖作为底物提供能源和碳源时,可诱导产生 2鄄CP特异性降解酶.
关键词摇 光合细菌摇 2鄄氯苯酚摇 共代谢摇 生物降解摇 降解动力学
文章编号摇 1001-9332(2011)05-1280-07摇 中图分类号摇 X703. 1摇 文献标识码摇 A
Biodegradation of o鄄chlorophenol by photosynthetic bacteria under co鄄metabolism. DONG
Yi鄄hua1,2, HU Xiao鄄min2, HE Ying鄄dian2, LI Liang2 ( 1College of Biological and Environmental
Engineering, Shenyang University, Shenyang 110044, China; 2College of Resources and Civil Engi鄄
neering, Northeastern University, Shenyang 110004, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(5):
1280-1286.
Abstract: Photosynthetic bacterial strain PSB鄄1D cannot utilize o鄄chlorophenol (2鄄CP) as the sole
carbon source for energy. In this paper, different carbon sources (malic acid, sodium propionate,
sodium acetate, sodium citrate, phenol, glucose, and soluble starch) were taken as the co鄄metabo鄄
lism substrates to study their effects on PSB鄄1D growth and 2鄄CP degradation under the condition of
aerobic culture in darkness. Among the substrates, glucose was most efficient, which promoted the
reproduction of PSB鄄1D, enhanced the 2鄄CP degradation efficiency, and shortened the degradation
period. The optimization experiment of added concentration of glucose showed that when the added
glucose concentration was 3 g·L-1, the PSB鄄1D cell concentration 驻D560 after 168 h culture was
1郾 749, the half鄄time of 2鄄CP was shortened to 3郾 9 d, and the degradation rate constant was in鄄
creased to 0郾 00864 h-1 . The SDS鄄PAGE analysis on the total microbial cellular protein showed that
taking glucose as the co鄄metabolism substrate, PSB鄄1D could induce a specific 2鄄CP鄄degrading en鄄
zyme.
Key words: photosynthetic bacteria; o鄄chlorophenol; co鄄metabolism; biodegradation; degradation
kinetics.
*国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07208鄄009)资
助.
**通讯作者. E鄄mail: hxmin_jj@ 163. com
2010鄄10鄄09 收稿,2011鄄02鄄27 接受.
摇 摇 氯酚类化合物(CPS)被广泛用作木材的防腐剂
及农药、树脂、染料和医药的合成原料,并且是杀菌
剂、除草剂和热交换剂等的主要成分[1-4] .氯酚类化
合物的广泛使用,使得大量的 CPS 污染物进入环境
中.这类化合物不仅对水生生物的毒性很强[5],易于
在生物体内富集和累积,而且很难通过自然水体中的
微生物降解作用消除其影响[6-8] .因此,有关环境中
氯酚类化合物去除方法的研究一直是学术界的研究
热点和难点[9-10] .对此类化合物的主要去除方法可分
为物理法[11]、化学法[12]、物理化学法[13]和生物降解
法[14-15],而利用人工强化的生物降解技术是目前效
果较好的方法之一.其中,通过共代谢作用来转化或
降解氯酚类化合物是生物处理方法中最有前景的技
术之一,这种技术将成为有效的新兴水处理方式.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 5 月摇 第 22 卷摇 第 5 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2011,22(5): 1280-1286
共代谢是微生物降解难降解有机物的一种重要
的代谢方式[16] .共代谢又称协同代谢,最早由 Lead鄄
better和 Foster[17]于 1959 年提出,其定义为在生长
基质存在时,对非生长基质的氧化.研究某一高效菌
株对特定有机物在共基质条件下的降解不仅可为生
物处理污水技术提供理论依据,而且对实际水处理
工程具有指导意义.目前,利用共代谢基质降解2鄄氯
苯酚(o鄄chlorophenol,2鄄CP)的环境微生物有恶臭假
单胞菌(Pseudomonas putida sp. ) [18]、洋葱假单胞菌
(Ps. cepacia) [19]、嗜热梭菌(Clostridium sp. ) [20]、产
碱杆菌(Alcaligenes sp. ) [20]、罗尔斯通氏菌(Ralsto鄄
nia sp. ) [20]、固氮菌(Azotobacter sp. ) [20]等. 但利用
能够随环境变化而灵活改变代谢途径的光合细菌来
进行共代谢降解 2鄄CP的研究却未见报道.
本研究考察了在黑暗好氧条件下,不同共代谢
基质对光合细菌生长和降解 2鄄CP效果的影响,通过
对 2鄄CP降解曲线进行动力学拟合,确定了最佳共代
谢碳源及其最佳投加浓度.在此基础上,探索了2鄄CP
共代谢降解关键酶的诱导机制,以期为 2鄄CP的快速
降解提供科学依据,也为降解其他有毒难降解有机
物寻找高效的共代谢基质提供思路.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验试剂
2鄄氯苯酚(2鄄CP,纯度>99% ),购于国药集团化
学试剂有限公司;葡萄糖、苯酚、可溶性淀粉、丙酸
钠、柠檬酸钠、苹果酸钠等均为分析纯(AR),购于天
津市博迪化工有限公司;甲醇为色谱纯,购于 Fisher
Scientific.
1郾 2摇 供试菌株
从某农药厂排污口下游水体浅层底泥中分离、
筛选、驯化、紫外线诱变得到一株可在含高浓度2鄄CP
培养基中生长,且对 2鄄CP降解性能稳定的光合细菌
作为降解菌株,编号为PSB鄄1D(图1) .经鉴定,该菌
图 1摇 菌株 PSB鄄1D的电镜扫描图
Fig. 1摇 SEM photo of bacteria PSB鄄1D.
为沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris),16S
rDNA序列为 GenBank Accession No. HM068966.
1郾 3摇 培养基
种子液培养基:(NH4 ) SO4 0郾 06 g,CH3COONa
3郾 5 g,MgSO4 0郾 258 g,CaSO4 0郾 156 g,KH2PO40郾 6 g,
K2HPO4 0郾 4 g,酵母膏0郾 02 g,微量元素液1 mL,蒸
馏水1000 mL,pH 7郾 0 ~ 7郾 2. 在上述液体培养基中
加入 2% ~3%的琼脂即得相应的固体培养基.
摇 摇 无机盐培养基: MgSO4 0郾 258 g,CaSO4 0郾 156 g,
KH2PO4 0郾 6 g,K2HPO4 0郾 4 g,微量元素液1 mL,蒸
馏水1000 mL,pH 7郾 0 ~ 7郾 2.
其中,微量元素液组成:H3BO31郾 5 g,ZnSO4·
7H2O 0郾 06 g, MnSO4 ·H2O 0郾 8 g, CuSO4 ·5H2O
0郾 1 g,CoSO4·7H2O 0郾 01 g,(NH4) 6Mo7O24·4H2O
0郾 2 g,蒸馏水1000 mL.
1郾 4摇 菌株 PSB鄄1D的种子菌液培养
将保存于固体培养基中的 PSB鄄1D 菌落用接种
环挑取并接种至含 2鄄CP 质量浓度为 50 mg·L-1的
100 mL种子液培养基中,将培养基倒入无菌锥形瓶
中进行黑暗好氧培养. 待菌体培养至指数生长期后
期(约70 h),以 10%的接种量接种至装有200 mL无
菌种子液培养基(2鄄CP 质量浓度为 50 mg·L-1)的
锥形瓶中,再次进行黑暗好氧培养70 h,以此培养液
为 PSB鄄1D种子菌液.
1郾 5摇 菌株 PSB鄄1D的黑暗好氧培养条件
用灭菌后的八层纱布将装有培养液的锥形瓶瓶
口包扎好.用黑布将锥形瓶包严后,细绳绑上. 将锥
形瓶放入 HZQ鄄C 型空气浴振荡器中于 30 益
(130依5) r·min-1的条件下进行黑暗振荡培养,振
荡器漏光处用黑布封上.
1郾 6摇 不同共代谢基质对 PSB鄄1D 生长及其降解
2鄄CP的影响试验
用无菌移液管向 90 mL 含 2鄄CP 质量浓度为
50 mg·L-1的无菌无机盐培养基中接种 PSB鄄1D 种
子菌液 10 mL,在每个无机盐培养基中添加 0郾 06 g
的(NH4) 2SO4 和 0郾 02 g的酵母膏作为氮源,然后在
培养基中分别加入不同的含碳基质,即葡萄糖、可溶
性淀粉、丙酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、苯酚、苹果酸,为
保证所投加的基质含碳量一致,投加浓度值分别为
2郾 81、2郾 31、2郾 73、3郾 50、4郾 18、1郾 34、2郾 86 g·L-1,并
且以无共代谢基质为对照(CK).为保证试验条件的
一致性,所有接种的种子菌液都取自同一瓶种子培
养液(每10 mL种子菌液的 驻D560约为 1郾 277 左右).
每组试验均设 1 组平行和 1 组无菌对照. 将配置好
18215 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 董怡华等: 共代谢条件下光合细菌对 2鄄氯苯酚的生物降解摇 摇 摇 摇 摇
的 100 mL培养液装入 250 mL无菌锥形瓶中进行黑
暗好氧培养,每隔一定时间取样,立即测定菌体生长
浓度(驻D560)和培养液的 2鄄CP质量浓度.
1郾 7摇 不同质量浓度的葡萄糖对 PSB鄄1D 生长及其
降解 2鄄CP的影响试验
用无菌移液管向 90 mL 含 2鄄CP 质量浓度为
50 mg·L-1的无菌无机盐培养基中接种 PSB鄄1D 种
子菌液 10 mL,在每个无机盐培养基中添加 0郾 06 g
的(NH4) 2SO4 和 0郾 02 g的酵母膏作为氮源,然后在
培养基中分别加入不同质量浓度的葡萄糖,分别为
0、1郾 0、1郾 5、2郾 0、2郾 5、3郾 0、3郾 5、4郾 0 g·L-1 .为保证试
验条件的一致性,所有接种的种子菌液都取自同一
瓶种子培养液 (每 10 mL种子菌液的 驻D560 约为
1郾 314 左右).每组试验均设 1 组平行和 1 组无菌对
照.将配置好的 100 mL培养液装入 250 mL无菌锥形
瓶中进行黑暗好氧培养,每隔一定时间取样,立即测
定菌体生长浓度(驻D560)和培养液的 2鄄CP质量浓度.
1郾 8摇 分析方法
菌体生长浓度 的 测 定: 采 用 WTW Spec鄄
troFlex6600 紫外鄄可见分光光度计,于 560 nm 固定
波长下测定菌的光密度值(D560). 菌株的生长浓度
为:驻D560 =D560 忆-D560,其中 驻D560表示培养一定时间
后菌株 PSB鄄1D 的生长浓度;D560表示 PSB鄄1D 培养
液的初始 D560;D560 忆表示培养一定时间后测得的
PSB鄄1D培养液的 D560 .
2鄄CP 的质量浓度测定:采用日立 ( Hitachi)
L鄄2000高效液相色谱仪(HPLC)测定. 分析条件为:
C18 反相柱(4郾 6 mm伊200 mm),柱温 30 益;紫外检
测器检测波长273 nm;流动相为甲醇 45% ,高纯水
55% ;流速 1郾 0 mL·min-1;进样量 25 滋L.采用 Anke
TGL鄄16GB高速离心机将 PSB鄄1D 培养液于 10000
r·min-1高速离心 10 min,取上清液经 0郾 22 滋m 微
滤膜过滤后进行测定.
2鄄CP降解率的计算:降解率 E = [(无菌对照培
养液 2鄄CP质量浓度 c0 -菌株培养液 2鄄CP 质量浓度
c) /无菌对照培养液 2鄄CP质量浓度 c0]伊100% .
SDS鄄PAGE电泳:配制不同的无机盐培养基,添
加 0郾 6 g·L-1的(NH4) 2SO4 和 0郾 2 g·L-1的酵母膏
作为氮源,分别添加:1)质量浓度为 100 mg·L-1的
2鄄CP 和 3郾 0 g · L-1 的葡萄糖; 2 ) 质量浓度为
3郾 0 g·L-1葡萄糖,不添加 2鄄CP;3)质量浓度为
100 mg·L-1的 2鄄CP,不添加葡萄糖. 将在上述 3 种
不同培养基中黑暗好氧条件下生长的菌体用 Sigma
2鄄16P型高速冷冻离心机于 4 益 8000 r·min-1下高
速离心10 min,弃上清液,收集菌体. 将菌体重新悬
于 1 mL磷酸缓冲溶液(0郾 02 mol·L-1,pH 7郾 0)中,
超声波破碎(120 W,破碎 3 s,停顿 3 s,99 次),破碎
完全的标志为细菌悬浮液由浑浊变为清澈. 将超声
破碎后的细胞悬浮液于4 益 8000 r·min-1下离心
30 min,收集上清液即得到光合细菌 PSB鄄1D的粗酶
提取液.在粗酶提取液中加入0郾 5 mL蛋白质电泳上
样缓冲液混合,取15 滋L进行 15% SDS鄄PAGE不连续
系统凝胶电泳,分离胶浓度为 10% . 试验用电泳槽
为北京六一仪器厂生产的 DYCZ鄄20C 型双垂直电
泳槽.
1郾 9摇 数据处理
采用 Origin 7郾 5 软件进行数据处理.
2摇 结果与讨论
2郾 1摇 2鄄CP为唯一碳源时 PSB鄄1D 生长及其对 2鄄CP
的降解
去掉种子液培养基中的碳源 (即培养基中
CH3COONa为 0),考察以 2鄄CP 为唯一碳源时,PSB鄄
1D生长及 2鄄CP质量浓度的变化.
由图 2 可知,在黑暗好氧培养条件下,当以2鄄CP
为唯一碳源的时候,菌体细胞浓度几乎没有任何增
长(培养168 h后 驻D560为 0郾 013),同时对 2鄄CP 的降
解效果也不明显(培养168 h后 2鄄CP 降解率仅为
10郾 1% ),说明菌株 PSB鄄1D 不但难以利用 2鄄CP 作
为唯一碳源和能源,且 2鄄CP对菌株生长还存在一定
的抑制作用.因此,菌株 PSB鄄1D 须在其他生长基质
存在的共代谢作用下降解 2鄄CP.
2郾 2摇 不同共代谢基质对 PSB鄄1D 生长及其对 2鄄CP
降解的影响
进行污染物共代谢降解时可加入一些易被代谢
图 2摇 2鄄CP为唯一碳源时 PSB鄄1D的生长和 2鄄CP降解曲线
Fig. 2摇 Growth of PSB鄄1D with 2鄄CP as sole carbon source and
the degradation curve of 2鄄CP.
2821 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
的底物(如葡萄糖、苹果酸、乙酸钠等),其主要目的
是提供电子源和生长能源;还可以加入与污染物结
构相似的化合物(如苯酚),这些化合物既是诱导底
物,又是代谢底物,伴随着它们的降解,也促进了目
标污染物的降解[21] . 本试验选择葡萄糖、可溶性淀
粉、丙酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、苯酚及苹果酸作为共
代谢基质,以无菌无共代谢基质培养基为对照,比较
各种共代谢基质对光合细菌 PSB鄄1D 生长及降解
2鄄CP的影响.
摇 摇 从图 3 可以看出,经过 168 h 光合细菌 PSB鄄1D
的培养,以葡萄糖为共代谢基质时,2鄄CP 的去除率
为 75郾 1% ,其次是以丙酸钠和柠檬酸钠为共代谢基
质,2鄄CP 去除率分别为 72郾 3% 和 59郾 7% ,以乙酸
钠、苹果酸、苯酚和可溶性淀粉为共代谢基质均未达
到较好的2鄄CP去除效果.
对不同共代谢基质作用下的 ln ci 和培养时间 t
做动力学拟合发现(表 1),不同共代谢基质条件下
PSB鄄1D的降解均符合一级反应动力学方程特征,拟
合结果显示了良好的线性关系.由结果可知,反应速
率常数( r)的大小依次为:葡萄糖>丙酸钠>柠檬酸
钠>乙酸钠>苹果酸>苯酚>可溶性淀粉>无共代谢基
质对照.其中,葡萄糖和丙酸钠对 2鄄CP 的降解具有
促进作用,尤其是葡萄糖的促进作用最为明显.以葡
萄糖为共代谢基质时,其反应速率常数由不添加共
代谢基质时的 0郾 000913 h-1提高到 0郾 00815 h-1,其
半衰期由不添加共代谢基质时的 31郾 9 d 缩短为
3郾 9 d.以苯酚作为共代谢基质时,对 PSB鄄1D 降解
2鄄CP没有明显的促进作用,这与以往的研究结果有
所不同[7,21] .安淼等[21]研究表明,投加苯酚能明显
图 3摇 不同共代谢基质对菌株 PSB鄄1D降解 2鄄CP的影响
Fig. 3摇 Effects of different co鄄metabolism substrates on degrada鄄
tion of 2鄄CP by PSB鄄1D.
1)对照 CK; 2)葡萄糖 Glucose; 3)丙酸纳 Sodium propionate; 4)苯酚
Phenol; 5)乙酸钠 Sodium acetate; 6)柠檬酸钠 Sodium citrate; 7)可
溶性淀粉 Soluble starch; 8)苹果酸 Malic acid. 下同 The same below.
表 1摇 不同共代谢基质对 PSB鄄1D降解 2鄄CP的影响参数
Table 1 摇 Influence coefficients of different co鄄metabolism
substrates on degradation of 2鄄CP by PSB鄄1D
共代谢基质
Co鄄metabolism
substrate
降解速率常数
Degradation rate
constant
(·h-1)
相关系数
Correlation
coefficient
半衰期
Half鄄time
(d)
苹果酸
Malic acid
0郾 00303 0郾 984 10郾 3
苯酚
Phenol
0郾 00301 0郾 992 10郾 3
可溶性淀粉
Soluble starch
0郾 00095 0郾 995 30郾 5
丙酸钠
Sodium propionate
0郾 00774 0郾 994 4郾 1
柠檬酸钠
Sodium citrate
0郾 00558 0郾 993 5郾 7
葡萄糖
Glucose
0郾 00815 0郾 995 3郾 9
乙酸钠
Sodium acetate
0郾 00362 0郾 993 8郾 6
对照
CK
0郾 00091 0郾 991 31郾 9
促进 2,4鄄二氯苯酚(2,4鄄DCP)的生物降解,这是因
为苯酚与 2,4鄄DCP分子结构类似,可诱导产生促进
2,4鄄DCP降解的酶体系.而根据本试验结果,苯酚作
共代谢基质时,虽然其结构与 2鄄CP 相似,但对 PSB鄄
1D降解 2鄄CP并没有明显的促进作用,这可能是由
于苯酚同时也是一种具有较强毒性的污染物,对细
菌的生长会产生抑制作用. 在本研究中,2鄄CP 的降
解酶体系是由葡萄糖提供碳源和生长能源,使 PSB鄄
1D产生 2鄄CP降解酶. 因此克服了苯酚作为共代谢
诱导底物时,由于其本身也是一种有毒的有机化合
物而造成的环境二次污染问题.
摇 摇 有研究表明[22],共代谢降解的速率主要在于竞
争抑制、产物毒素、酶及 NADH 的水平,因此从氧化
生长底物中获得还原剂成为共代谢降解非生长底物
的一个重要因素.为了深入考察共代谢基质对 PSB鄄
1D降解 2鄄CP的影响,在对体系中的 2鄄CP浓度变化
进行分析的同时,还对降解体系中的细菌生长浓度
(驻D560)进行了试验研究.
摇 摇 由图 4 可知,PSB鄄1D的生长情况随加入的共代
谢基质种类的不同而表现出明显的差别.其中,培养
基中加入葡萄糖、丙酸钠、柠檬酸钠和乙酸钠后,光
合细菌 PSB鄄1D 的生长量明显增加,这是因为这些
共代谢基质都是较易被 PSB鄄1D 利用的物质,它们
的存在有利于菌种的迅速繁殖,增加细菌活性,提高
培养基中的菌体浓度,从而提高 PSB鄄1D 对2鄄CP的
降解能力.
上述结果充分表明,葡萄糖是光合细菌 PSB鄄1D
38215 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 董怡华等: 共代谢条件下光合细菌对 2鄄氯苯酚的生物降解摇 摇 摇 摇 摇
图 4摇 不同共代谢基质对菌株 PSB鄄1D生长的影响
Fig. 4 摇 Effects of different co鄄metabolism substrates on the
PSB鄄1D growth郾
很好的生长底物,并且能够支持 PSB鄄1D 共代谢降
解 2鄄CP.
2郾 3摇 不同浓度葡萄糖对 2鄄CP生物降解的共代谢作
用
董春娟等[23]报道,共代谢过程要求共代谢基质
和代谢底物的浓度应保持一定比值,对于许多难生
物降解物质而言,共代谢基质和降解底物之间的浓
度比值较进水中降解底物的绝对浓度对其降解率的
影响更大.共代谢基质的利用速度必须通过维持适
当的初级基质浓度来达到最优化. 本试验考察了不
同质量浓度葡萄糖对光合细菌 PSB鄄1D 生长和降解
2鄄CP时所产生的影响.
摇 摇 由图 5 可知,在 PSB鄄1D 培养基中 2鄄CP 初始浓
度保持 50 mg·L-1不变的条件下,改变葡萄糖在培
养基中的投加浓度(由 0 增加至 4 g·L-1),当葡萄
糖的投加浓度从 0 增加到 3 g·L-1时,培养168 h后
的菌体生长浓度 驻D560由 0郾 076 增加到 1郾 749,再继
续增大葡萄糖的投加浓度,培养168 h后的菌体生长
浓度反而相比葡萄糖浓度 3 g·L-1时的 驻D560有所
下降(由 1郾 749 降至 1郾 361).此外,当葡萄糖投加浓
度为 3 g·L-1时,培养 168 h 后光合细菌 PSB鄄1D 对
2鄄CP的降解率也达到最高,为 76郾 0% .
在不同葡萄糖投加浓度条件下对 ln( c2鄄CP)和培
养时间 t 做动力学拟合(表 2). 当葡萄糖投加浓度
为 0 时,2鄄CP 的半衰期为32郾 5 d,降解速率常数为
0郾 00090 h-1;当葡萄糖投加浓度增加到 3 g·L-1时,
2鄄CP的半衰期缩短到 3郾 9 d,降解速率常数增加到
0郾 00864 h-1; 当葡萄糖投加量继续增加 ( > 3
g·L-1),对 2鄄CP 的降解效果出现下降趋势,2鄄CP
的半衰期有所延长.由图 5 也可看出,当葡萄糖投加
量过高(>3 g·L-1),PSB鄄1D生长浓度有所下降,说
图 5摇 不同浓度葡萄糖对菌株 PSB鄄1D 生长及其降解 2鄄CP
的影响
Fig. 5摇 Effects of different concentrations of glucose on PSB鄄1D
growth and 2鄄CP degradation.
表 2摇 不同浓度葡萄糖对 PSB鄄1D降解 2鄄CP的影响参数
Table 2 摇 Influence coefficients of different concentration
glucose on degradation of 2鄄CP by PSB鄄1D
葡萄糖浓度
Glucose
concentration
(g·L-1)
降解速率常数
Degradation rate
constant
(·h-1)
相关系数
Correlation
coefficient
半衰期
Half鄄time
(d)
0 0郾 00090 0郾 994 32郾 5
1郾 0 0郾 00459 0郾 993 6郾 8
1郾 5 0郾 00595 0郾 992 5郾 3
2郾 0 0郾 00665 0郾 994 4郾 8
2郾 5 0郾 00824 0郾 990 4郾 2
3郾 0 0郾 00864 0郾 989 3郾 9
3郾 5 0郾 00830 0郾 995 4郾 0
4郾 0 0郾 00766 0郾 992 4郾 3
明葡萄糖浓度过高对菌体生长及其降解 2鄄CP 产生
了抑制作用. 可见葡萄糖共代谢降解 2鄄CP 的过程
中,存在一个适宜的投加浓度.也就是说,2鄄CP 的降
解效果必须通过维持适当的生长基质浓度来达到最
优,当葡萄糖投加浓度过低时,起不到促进作用,而葡
萄糖投加浓度过高时,也会造成生长基质(葡萄糖)和
非生长底物(2鄄CP)之间出现交叉非竞争性抑制作
用[24],从而影响了 PSB鄄1D的生长和对 2鄄CP的降解.
综上,培养基中最佳葡萄糖浓度确定为 3 g·L-1 .
2郾 4摇 共代谢关键酶的诱导机制
研究表明,共代谢是当生长基质存在时,生长基
4821 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
图 6摇 不同底物条件下细菌全细胞的蛋白质电泳图谱
Fig. 6摇 SDS鄄PAGE maps of bacteria with different substrates.
质的代谢能够提供足够的碳源和能源供微生物生
长,并诱导产生相应的降解酶来降解非生长基质,改
变非生长基质的化学结构,最终达到降解非生长基
质的目的.本研究对葡萄糖为底物共代谢降解 2鄄CP
过程中细菌的酶进行了细胞全蛋白电泳分析,考察
是否有特异性降解酶产生.
摇 摇 在图 6 中,泳道 1 是葡萄糖和 2鄄CP共存时的细
菌全细胞蛋白电泳图谱,泳道 2 为以葡萄糖为生长
底物、不加 2鄄CP时菌株 PSB鄄1D 的全细胞蛋白电泳
图谱,泳道 3 为以 2鄄CP为唯一生长基质时的电泳图
谱.比较 3 条泳道的条带可以发现:泳道 1 的蛋白质
条带多于泳道 2 和 3,其中在分子量为 31郾 0 kDa 和
97郾 4 kDa 处,泳道 1 有清晰明显的多出条带. 分析
结果表明,两条泳道的条带有一定的差异,第 1 条泳
道的蛋白质条带较多,说明菌株 PSB鄄1D 在以葡萄
糖为生长底物降解 2鄄CP 时产生了特异性的诱导蛋
白质,而生长在未添加 2鄄CP 的葡萄糖培养基中的
PSB鄄1D菌体细胞中并没有这些特异蛋白质存在,此
外,生长在以 2鄄CP 为唯一生长基质的培养基中的
PSB鄄1D菌体细胞中同样也没有这些特异性蛋白质.
综上,电泳试验结果初步说明特异性蛋白质是在共
代谢过程中光合细菌 PSB鄄1D 利用葡萄糖作为底物
提供能源和碳源时,由 2鄄CP诱导产生的降解酶.
3摇 结摇 摇 论
分别用苹果酸、苯酚、可溶性淀粉、柠檬酸钠、乙
酸钠、葡萄糖、丙酸钠等 7 种碳源作为沼泽红假单胞
菌 PSB鄄1D 降解 2鄄CP 的共代谢基质,结果表明,葡
萄糖作为共代谢基质时,PSB鄄1D 能够迅速增长,并
且在短期内达到对 2鄄CP很好的降解效果.
考察了不同浓度葡萄糖对 PSB鄄1D 生长及其降
解 2鄄CP的影响,发现当葡萄糖浓度为 3 g·L-1时,
培养 168 h时的 PSB鄄1D的生长量和对 2鄄CP的降解
能力最高,菌体生长浓度 驻D560增加到 1郾 749,2鄄CP
的半衰期缩短到 3郾 9 d,降解速率常数增加到
0郾 00864 h-1 .
SDS鄄PAGE全细胞蛋白电泳结果表明,2鄄CP 降
解酶是在共代谢过程中光合细菌 PSB鄄1D 利用葡萄
糖作为底物提供能源和碳源时,由非生长底物2鄄CP
所诱导产生的.
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作者简介 摇 董怡华,女,1979 年生,博士,讲师. 主要从事环
境工程微生物技术研究,发表论文 5 篇. E鄄mail: harvesttime
@ 163. com
责任编辑摇 肖摇 红
6821 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷