近海海域微生物降解烃类化合物的研究

论文摘要

作为地球上最大的生态系统,海洋覆盖了生物圈的90%以上的生物量,蕴藏着非常丰富的烃类化合物资源。相对于远海海域而言,距离陆地较近的近海海域由于受到人类活动的影响较大,其中烃类的种类及含量也相对较高,故而成为整个海洋范围内物质循环、能量流动以及微生物活动最活跃的水圈,也是研究海洋的生物地球化学循环的关键区域之一。目前,有关驱动近海海域碳循环中石油烃类化合物降解的菌株的筛选及降解机制的研究已有部分文献报道。然而对近海海域,特别是对我国东海及南海海域中具有芳香烃类化合物及芳香化合物高聚物（如木质素）降解功能的菌株的分离筛选及功能研究鲜有报道。本课题首先以十六烷、正十二烷基苯、碱木素、苯甲酸、对香豆酸、肉桂酸等12种烃类化合物为唯一碳源,利用人工海水培养基对我国东海及南海海域中具有烃类化合物降解功能的细菌菌株进行分离筛选,共分离得到63株具有烃类化合物降解功能的细菌菌株。这些菌株分别属于10个属,主要为红球菌属（Rhodococcus）、不动杆菌属（Acinetobacter）、弧菌属（Vibrio）、盐单胞菌属（Halomonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）等。其次,本课题对筛选得到的混合菌群NyZ-B和混合菌群NyZ-S以及菌株Rhodococcus sp.NyZ306的生长特性及降解功能进行了初步探究。结果表明,混合菌群NyZ-B和混合菌群NyZ-S在降解木质素过程中,混合菌群NyZ-B的降解效果始终优于混合菌群NyZ-S。生长特性结果表明混合菌群NyZ-B在降解木质素过程中,其最适温度为30℃,最适pH为7.2。当培养体系中木质素的初始浓度为0.2%时,其降解率及脱色率最高,分别为52.22%和51.26%。对于混合菌群NyZ-S而言,其降解木质素的最适温度为20℃,最适pH为7.2。当培养基的木质素浓度由0.2%升高至0.4%,其降解率及脱色率也随之升高,且在木质素浓度为0.4%时达到最大,分别为17.02%和22.24%。而培养基中的盐浓度对混合菌群NyZ-B及混合菌群NyZ-S的生长及降解影响作用明显,随培养基中盐浓度的升高其降解率呈现下降趋势。并且也在两组混合菌群中检测到了木质素降解酶的活性。通过扫描电子显微镜鉴定两混合菌群在降解木质素过程中造成的木质素表面形貌变化;利用气相色谱/质谱联用仪分别鉴定到了两组混合菌群代谢木质素的中间产物。最后基于Illumina HiSeq测序平台对两组混合菌群的微生物多样性进行了分析,发现混合菌群NyZ-B中丰度最高的菌种为盐单胞菌属（Halomonas）以及海杆菌属（Marinobacter）,混合菌群NyZ-S中丰度最高的菌种为盐单胞菌属（Halomonas）以及假单胞菌属（Pseudomonas）。肉桂酸降解菌Rhodococcus sp.NyZ306在降解肉桂酸过程中,最适温度为20℃,最适pH为6.2。当培养体系中肉桂酸的初始浓度高于2 mmol/L时,菌株NyZ306需要一定的适应期才能开始降解肉桂酸,且浓度越高,适应期越长;而培养基中的盐浓度对菌株降解肉桂酸影响作用明显,随培养基中盐浓度的升高其降解作用呈现下降趋势。在采用高效液相色谱以及超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用仪检测到肉桂酸的中间代谢产物苯甲酸,并结合相关文献,推断了其可能的代谢途径。目前有关来源于海洋的,能够以木质素或肉桂酸唯一碳源生长的微生物的研究报道较少。本课题研究了木质素以及肉桂酸的降解途径,并丰富了我国海洋微生物菌种资源库,也为进一步研究近海海域微生物驱动的芳烃化合物降解以及揭示其中所涉及的物质循环提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章:绪论
•   1.1 海洋生态系统
•     1.1.1 海洋环境与海洋微生物
•     1.1.2 海洋微生物在海洋生态系统的作用
•   1.2 近海烃类化合物降解研究
•     1.2.1 近海烃类化合物的种类
•     1.2.2 微生物驱动的近海石油烃及多环芳烃降解研究
•     1.2.3 微生物驱动的木质素降解研究
•     1.2.4 微生物驱动的肉桂酸降解研究
•   1.3 研究内容及意义
• 第二章:材料和方法
•   2.1 材料
•     2.1.1 样品来源
•     2.1.2 主要药品及试剂
•     2.1.3 仪器与设备
•     2.1.4 培养基及缓冲液
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 烃类化合物降解菌株的筛选及鉴定方法
•     2.2.2 部分烃类化合物降解菌的生长曲线的测定
•     2.2.3 烃类化合物降解菌株的鉴定
•     2.2.4 木质素混合菌群以及肉桂酸降解菌的降解特性研究
•     2.2.5 扫描电镜检测木质素形貌变化
•     2.2.6 木质素降解酶酶活的测定
•     2.2.7 木质素及肉桂酸中间代谢产物分析及鉴定
•     2.2.8 混合菌群NyZ-B和混合菌群NyZ-S微生物多样性测序分析
• 第三章:结果与分析
•   3.1 烃类化合物降解菌株的筛选及鉴定
•     3.1.1 南海及东海烃类化合物降解菌的分离培养
•     3.1.2 南海及东海部分烃类化合物降解菌株的生长曲线测定
•     3.1.3 南海及东海烃类化合物降解菌株的鉴定
•   3.2 混合菌群NyZ-B及 NyZ-S降解木质素的研究
•     3.2.1 不同培养条件对混合菌群降解木质素的影响
•     3.2.2 木质素颗粒形貌变化
•     3.2.3 木质素降解酶酶活的测定
•     3.2.4 木质素降解中间产物鉴定及分析
•     3.2.5 混合菌群NyZ-B及 NyZ-S微生物多样性测序结果分析
•   3.3 菌株Rhodococuss sp.NyZ306 降解肉桂酸的研究
•     3.3.1 不同培养条件对菌株Rhodococuss sp.NyZ306 降解肉桂酸的影响
•     3.3.2 肉桂酸降解中间产物鉴定及分析
• 第四章:讨论
•   4.1 近海烃类化合物降解菌的多样性
•   4.2 混合菌群NyZ-B及 NyZ-S降解木质素的功能研究
•   4.3 菌株Rhodococcus sp.NyZ306 降解肉桂酸的功能研究
• 第五章:结论与展望
•   5.1 主要研究结论
•   5.2 实验创新点
•   5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 程晓宇

导师: 周宁一

关键词: 近海海域,海洋微生物,烃类化合物,木质素,肉桂酸

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 上海交通大学

分类号: X55;X172

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.002814

总页数: 89

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