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生物表面活性剂对假单胞菌GP3A降解芘的性能影响及机理研究

作　者: 姜萍萍
导　师: 党志
学　校: 华南理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 生物表面活性剂鼠李糖脂芘细胞表面疏水性 Zeta电位增效机理
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

芘是含有四个苯环的高分子量的多环芳烃,具有低水溶性高亲脂性,进入环境后非常稳定,难以降解,单纯依赖微生物降解来去除环境中的芘很难达到预期效果。因此,通过加入生物表面活性剂,增加芘的生物可利用性,对提高微生物对芘的生物降解效率具有重要的意义。本论文从生物表面活性剂、疏水底物、降解菌三方面的相互作用来探讨生物表面活性剂促进疏水底物降解的作用过程和作用机理。主要研究内容包括:(1)鼠李糖脂的结构表征及理化性质;(2)鼠李糖脂对假单胞菌GP3A的生长和芘的生物降解的影响;(3)鼠李糖脂对菌体细胞表面性质的影响,主要包括:细胞表面疏水性、细胞外膜中脂多糖含量、菌体表面Zeta电位、菌体表面基团与生物表面活性剂分子的键合作用。本论文取得以下一些主要结果:首先,从生物表面活性剂的发酵液中分离提纯出14种鼠李糖脂同系物。经分析发现其均由1~2分子的鼠李糖和1~2个含有β-羟基的碳链长度为8~12的脂肪酸组成。鼠李糖脂的临界胶束浓度(CMC)为60 mg/L,可在广泛的pH范围内(6~14)保持活性。当鼠李糖脂浓度高于其临界胶束浓度时,能显著增加疏水底物芘的表观溶解度,低于该浓度时生物表面活性剂的作用不明显。其次,本论文研究了鼠李糖脂对降解菌生长的影响以及底物的降解情况。研究表明,鼠李糖脂明显促进了GP3A的生长。当鼠李糖脂浓度为200 mg/L和500 mg/L时,72 h菌体的生长量比未加鼠李糖脂的体系分别增加5倍和12倍。同时,鼠李糖脂明显促进了芘的生物降解,缩短了芘的半衰期,鼠李糖脂的加入对芘的生物降解的促进作用随着鼠李糖脂浓度的升高而升高,未加鼠李糖脂的体系240 h芘的平均残留率为81%,而添加浓度为20、50、200和500 mg/L鼠李糖脂的体系芘的平均残留率分别下降到57%、41%、33%和26%。最后,本文探讨了鼠李糖脂对芘生物降解效率提高的机理。鼠李糖脂能明显增大菌体表面疏水性。低浓度鼠李糖脂(50 mg/L)就能产生明显效果,50mg/L的鼠李糖脂体系中72 h细胞表面疏水性为66%,未加鼠李糖脂体系的仅为21%,细胞表面疏水性的增大有利于底物的生物降解。生物表面活性剂能通过溶出细胞壁的成分――脂多糖,来增加菌体表面疏水性;随着菌体细胞疏水性的增大,疏水性底物摄取量增加,菌体生长量增多,底物的降解率就越高。鼠李糖脂能分别作用于菌体和培养基,使其Zeta电位的绝对值显著增大,但在芘的生物降解过程中,加入鼠李糖脂对菌体表面的Zeta电位和培养基的Zeta电位无明显变化。鼠李糖脂能与菌体形成氢键,有利于菌体和底物的亲和,进一步促进疏水底物的降解。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-32
  1.1 生物表面活性剂的概述  11-21
    1.1.1 分类和结构  11-15
    1.1.2 分离和提纯  15-18
    1.1.3 应用领域  18-21
  1.2 生物表面活性剂作用机制探讨  21-28
    1.2.1 生物表面活性剂的物化作用  21-24
    1.2.2 生物表面活性剂调节细胞表面性质  24-28
  1.3 多环芳烃生物降解研究现状  28-30
    1.3.1 降解多环芳烃的微生物资源  28-29
    1.3.2 多环芳烃生物降解的影响因素  29-30
  1.4 本课题研究目的、意义和内容  30-32
    1.4.1 研究目的、意义  30
    1.4.2 研究范围和内容  30-32
第二章鼠李糖脂结构表征及理化性质  32-47
  2.1 引言  32-33
  2.2 材料和方法  33-35
    2.2.1 材料  33
    2.2.2 主要仪器  33
    2.2.3 研究方法  33-35
  2.3 结果与讨论  35-46
    2.3.1 鼠李糖脂的结构表征  35-43
    2.3.2 鼠李糖脂的理化性质  43-46
  2.4 本章小结  46-47
第三章鼠李糖脂对GP3A 降解芘性能及机理的研究  47-63
  3.1 引言  47
  3.2 材料和方法  47-51
    3.2.1 材料  47-48
    3.2.2 主要仪器  48-49
    3.2.3 研究方法  49-51
  3.3 结果与讨论  51-61
    3.3.1 不同浓度鼠李糖脂对GP3A 生长和芘生物降解的影响  51-52
    3.3.2 生物表面活性剂对芘生物降解动力学研究  52-54
    3.3.3 不同浓度鼠李糖脂对菌体细胞表面疏水性影响  54-55
    3.3.4 不同浓度鼠李糖脂对菌体细胞表面KDO 含量的影响  55-56
    3.3.5 细胞表面疏水性对菌体生长量和降解率的影响  56-57
    3.3.6 不同浓度鼠李糖脂对菌体表面和降解体系Zeta 电位的影响  57-60
    3.3.7 菌体表面基团与生物表面活性剂分子的键合作用观察  60-61
  3.4 本章小结  61-63
结论与建议  63-65
  一结论  63
  二建议  63-65
参考文献  65-74
攻读硕士学位期间取得的研究成果  74-75
致谢  75-77
附录  77

生物表面活性剂对假单胞菌GP3A降解芘的性能影响及机理研究

内容摘要

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