嗜冷菌Pseudomonas psychrophilaHA-4降解水中磺胺甲基異惡唑的特性及機(jī)制研究.pdf

1、磺胺甲基異惡唑（SMX）是一種含有氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)的抗生素，其具有不易被生物降解的特性，傳統(tǒng)的污水處理工藝很難將其有效去除。近年來(lái)，隨著該藥物使用量的增加，其在地表水體中被頻繁檢出，已成為一種新興的污染物。低溫往往會(huì)影響該物質(zhì)的去除，目前，提高其在低溫環(huán)境中的去除率成為亟待解決的問(wèn)題。為此，本研究利用微生物純培養(yǎng)技術(shù)，篩選出一株能夠高效降解磺胺甲基異惡唑的嗜冷菌株，并對(duì)其進(jìn)行鑒定，考察其生物降解特性，推測(cè)磺胺甲基異惡唑的生物降解途徑，并從基因

2、水平探討磺胺甲基異惡唑的生物降解機(jī)制。研究成果對(duì)具有高效降解磺胺甲基異惡唑能力的微生物菌劑的開(kāi)發(fā)及環(huán)境中的磺胺甲基異惡唑污染的有效治理具有重要意義。
　　本研究篩選出一株能以磺胺甲基異惡唑?yàn)槲ㄒ惶荚瓷L(zhǎng)的嗜冷菌 HA-4。經(jīng)鑒定菌株 HA-4屬于 Pseudomonas菌屬。菌株 HA-4的最佳生長(zhǎng)降解條件為：pH=6.0左右，溫度范圍為10oC-15oC，搖床轉(zhuǎn)速為150 r/min，接種量為15％（V/V），且在此條件下，19

3、2h磺胺甲基異惡唑的降解率為34.3%。菌株HA-4還能降解咔唑、卡馬西平、苯胺、聯(lián)苯胺等一些常見(jiàn)的PPCPs化合物及芳香族化合物。蛋白胨可有效促進(jìn)菌株 HA-4對(duì)磺胺甲基異惡唑的降解，其降解率增加量超過(guò)16%。當(dāng)溶液中Ca2+、Fe3+、Al3+、Cd2+、Co2+、Cu2+和Zn2+的濃度達(dá)到1mmol/L時(shí)，菌株 HA-4的降解能力會(huì)受到明顯的抑制作用。在10℃時(shí)，菌株HA-4的不飽和脂肪酸及短鏈脂肪酸的含量百分比均為最高，分別為

4、23.03%和3.58%，此為菌株的適冷策略之一。Haldane方程可以較好地?cái)M合菌株 HA-4以磺胺甲基異惡唑?yàn)榈孜锏纳L(zhǎng)動(dòng)力學(xué)性能，動(dòng)力學(xué)參數(shù)max?=0.01h-1， Ks=20.91 mg/L， Ki=170.60 mg/L。
　　磺胺甲基異惡唑被菌株HA-4降解后的產(chǎn)物，經(jīng)GC-MS及HR-MS分析，鑒定為苯胺、3-氨基-5-甲基異惡唑、對(duì)巰基苯胺、對(duì)氨基苯磺酰胺及4-氨基-羥基苯磺酰胺?；前芳谆悙哼蚰鼙徊糠值V化，在此

5、過(guò)程中，結(jié)構(gòu)中的氮和硫分別以NH4+和SO42-的形式釋放到溶液中?；谏鲜龇治鼋Y(jié)果，推測(cè)出一條新的磺胺甲基異惡唑生物降解途徑，即：磺胺甲基異惡唑首先在直鏈末端沿著兩條路徑被水解，經(jīng)N-C鍵和S-N鍵斷裂，分別形成4-氨基-羥基苯磺酰胺和3-氨基-5-甲基異惡唑，4-氨基-羥基苯磺酰胺不穩(wěn)定，其中的C-S鍵斷裂以及氨基基團(tuán)脫離，形成苯胺，同時(shí)向溶液中釋放出 SO42-和NH4+，產(chǎn)物苯胺被繼續(xù)降解及礦化，轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。
　

6、　利用第二代測(cè)序技術(shù)，對(duì)菌株 HA-4進(jìn)行了全基因組測(cè)序，通過(guò) RASTannotation server對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行注釋?zhuān)Y(jié)果表明：菌株的基因組大小為5,235,696 bp，GC含量為56.4%；共有28類(lèi)功能基因，得到155個(gè)與應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的基因，167個(gè)與脂肪酸、脂質(zhì)和類(lèi)異戊二烯代謝有關(guān)的基因，75個(gè)與芳香族化合物代謝有關(guān)的基因。基因組中含有6個(gè)基因編碼冷休克蛋白，分別為cspA1、cspA2、cspA3、cspC、cspD及

7、cspG，它們均屬于cspA家族成員，其中前三個(gè)屬于 cspA類(lèi)基因。推測(cè)該類(lèi)基因的存在有助于菌株 HA-4適應(yīng)長(zhǎng)期的寒冷環(huán)境。
　　菌株 HA-4可能因體內(nèi)含有的S-（羥甲基）谷胱甘肽脫氫酶及通過(guò)基因序列注釋找到的29個(gè)與抗生素抗性相關(guān)的基因而耐受一定濃度的磺胺甲基異惡唑，其中S-（羥甲基）谷胱甘肽脫氫酶可能參與磺胺甲基異惡唑的生物轉(zhuǎn)化。對(duì)菌株 HA-4中與磺胺甲基異惡唑降解相關(guān)的基因編碼酶系進(jìn)行分類(lèi)匯總可得，在降解過(guò)程中，氧化