[發(fā)明專利]利用紅球菌JZX?01對(duì)多環(huán)芳烴污染物芘的降解方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710657111.3
• 申請(qǐng)日: 2017-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN107684686A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈曉強(qiáng);賀赟;黃磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): A62D3/02
• 分類號(hào): A62D3/02;C12N1/20;A62D101/20;C12R1/01
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一株利用紅球菌JZX-01降解多環(huán)芳烴污染物芘的方法，屬于利用微生物的生物降解領(lǐng)域，具體是在實(shí)驗(yàn)室模擬的條件下利用紅球菌JZX-01降解芘的方法研究與優(yōu)化。

背景技術(shù)

隨著石油開采和使用量的增加，大量的石油及其加工品進(jìn)入環(huán)境，原油的采集、精煉、運(yùn)輸、燃燒等過程中會(huì)產(chǎn)生大量的多環(huán)芳烴，不可避免地對(duì)環(huán)境造成污染，多環(huán)芳烴的積累已經(jīng)越來越嚴(yán)重地威脅著人類的健康，已成為世界各國(guó)共同關(guān)注的有機(jī)污染物。多環(huán)芳烴是指分子中含有2個(gè)或2個(gè)以上苯環(huán)的碳?xì)浠衔?，如萘、蒽、菲、芘、?lián)苯、三聯(lián)苯等。多環(huán)芳烴廣泛存在于土壤、水體和空氣中，水溶性差、具有熱穩(wěn)定性，而且其中相當(dāng)?shù)囊徊糠侄季哂新远拘院椭掳⒅禄?、致突變的“三致”作用，?duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成了巨大危害，是環(huán)境中一類危險(xiǎn)而需重點(diǎn)研究的化合物。尤其是多環(huán)類的菲、芘等極難在環(huán)境中降解，是一種亟需治理的環(huán)境污染物。

由于芘的“三致”特性(致癌、致畸、致突變)，對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境都具有非常大的潛在危害。1979年，美國(guó)環(huán)保局(EPA)就已將芘在內(nèi)的16種多環(huán)芳烴列入優(yōu)先檢測(cè)污染物中。從化學(xué)性質(zhì)上看，一方面，芘具有穩(wěn)定性和疏水性，使其能夠持久地在環(huán)境中留存如不及時(shí)有效治理則可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成長(zhǎng)久的危害；另一方面，芘還具有脂溶性和累積性，能夠很容易地被動(dòng)物腸胃吸收，由于無法有效分解，會(huì)經(jīng)食物鏈逐級(jí)放大而富集，并迅速的被廣泛分布到不同組織中發(fā)揮作用。

從作用機(jī)理上看，芘進(jìn)入高等生物的生物體之后，細(xì)胞色素P450依賴的混合氧化酶系會(huì)先將其氧化或羥基化，然后在第二階段酶的催化下，一些內(nèi)源性分子(如谷胱甘肽、葡萄糖醛酸等)與被氧化后的芘代謝產(chǎn)物相結(jié)合，形成低毒性且易排放的產(chǎn)物，而有時(shí)候在氧化或羥基化之后就被轉(zhuǎn)化成致癌物。對(duì)芳香烴類致癌物的結(jié)構(gòu)和活性方面研究表明，多環(huán)芳烴及其產(chǎn)物由于蛋白質(zhì)酮－烯醇互變異構(gòu)反應(yīng)中的某一催化作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的不可逆轉(zhuǎn)變，從而使細(xì)胞癌變。此外，芘的代謝過程還會(huì)造成酶的失活、蛋白結(jié)構(gòu)的變異以及DNA斷鏈等一系列損傷，進(jìn)而引起細(xì)胞組織器官的進(jìn)一步惡化。

目前，全球每年有成千上萬噸的多環(huán)芳烴要被釋放到環(huán)境中，而這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了環(huán)境系統(tǒng)所具有的自凈能力。尋找一種能夠?qū)Χ喹h(huán)芳烴污染進(jìn)行高效治理的方法已迫在眉睫。近年來，國(guó)內(nèi)外治理多環(huán)芳烴污染的途徑從原理上可大致分為三類：物理法、化學(xué)法及生物治理法。(1)物理法主要是通過焚燒或填埋等手段來處理污染物。然而，焚燒的產(chǎn)物往往會(huì)給環(huán)境帶來二次污染；而填埋則不能從根本上解決污染的問題。物理方法的使用有非常大的局限性，是治標(biāo)不治本的解決途徑^[1]。(2)化學(xué)法主要是利用有機(jī)溶劑的萃取、洗滌和利用氧化劑氧化等手段來處理污染物。有機(jī)溶劑萃取的方法可將污泥中的有機(jī)污染物分離出來；洗滌及氧化劑氧化的方法則可凈化污染的土壤及水源?；瘜W(xué)方法雖然治理效果好，但使用時(shí)操作復(fù)雜，還可能引起二次污染，因此也有一定的局限性^[2]。(3)生物治理法主要是利用微生物和動(dòng)植物等生命體的生命活動(dòng)來降解、吸收、利用多環(huán)芳烴污染物，并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無毒無害的物質(zhì)，是一種能夠達(dá)到對(duì)多環(huán)芳烴污染進(jìn)行無害化處理的環(huán)境生物技術(shù)^[3]。與其他處理方法相比，生物治理法具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、無二次污染、治理效果好、且能夠恢復(fù)土壤生長(zhǎng)能力等明顯優(yōu)勢(shì)。對(duì)生物治理手段的研究，對(duì)于緩解石油污染、多環(huán)芳烴類難降解物質(zhì)修復(fù)、改善生態(tài)環(huán)境具有重大的生態(tài)意義。

生物降解中微生物降解起重要作用，可降解多環(huán)芳烴的微生物包括細(xì)菌、真菌和藻類，其中細(xì)菌在大多數(shù)環(huán)境中發(fā)揮主要作用。微生物對(duì)不同的多環(huán)芳烴具有不同的降解機(jī)制。對(duì)于低分子量多環(huán)芳烴代謝途徑的研究，近年來比較完善，如對(duì)萘、菲等的研究較多、代謝途徑比較清楚；而對(duì)于高環(huán)多環(huán)芳烴的代謝途徑所做的研究還非常有限，如對(duì)芘的代謝機(jī)制還無法完全解析，對(duì)5-6環(huán)的多環(huán)芳烴更是很少有相關(guān)報(bào)道^[4,5]。因?yàn)榫哂协h(huán)狀結(jié)構(gòu)的多環(huán)芳烴，多環(huán)結(jié)構(gòu)很難裂解，其生物降解機(jī)制較為復(fù)雜。低分子量的多環(huán)芳烴水溶性較好，能夠被多種微生物降解；而對(duì)于高分子量尤其是四環(huán)及以上的多環(huán)芳烴，其分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以被氧化，且熱穩(wěn)定性較強(qiáng)，很難分離得到適用的降解菌，這主要是目前從自然界分離出來的能夠降解高環(huán)多環(huán)芳烴的菌株數(shù)量太少造成的^[6]。

為了分離得到降解多環(huán)芳烴芘的菌株，以芘為唯一碳源對(duì)本實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)存的200余株石油降解菌進(jìn)行篩選，最終得到對(duì)芘具有高效降解能力的紅球菌JZX-01。