（环境工程专业论文）白腐真菌处理染料废水的研究.pdf

武汉科技大学 研究生学位论文创新性声明 | f i l l l lii i i ir fi i j i ii ii ii y 17 3 9 4 5 7 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研 究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的 工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 逖血啮日期：三衅 研究生学位论文版权使用授权声明 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位 的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门( 按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录 工作的规定执行) 送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅， 同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行 检索和对外服务。 论文作者签名：劲遭亟 指导教师签名：豳立丝 日期：4 1 i 竺：篁：生一 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 白腐菌对染料有极其广谱的降解能力。本研究选用具有代表性的白腐菌p l e u r o t u s o s t r e a t u s 为对象，底物选用酞氰类染料直接耐晒翠兰、偶氮类染料酸性大红以及葸醌类染 料酸性艳蓝。 研究了p h 值和温度对白腐真菌p l e u r o t u so s t r e a t u s 吸附直接耐晒翠兰的影响。结果表 明，温度为2 2 左右，p h 值为帕，混合培养液比例为2 0 时，染料浓度5 0 m g l ，活 湿菌体添加量为1 5 9 l ，在2 4 h 内，p l e u r o t u so s t r e a t u s 对染料废水脱色率达到9 0 以上； 其中p h 值为5 左右，菌体对染料的脱色率最高。在最佳吸附条件下，混合培养液比例为 2 0 时，菌体对染料的生物吸附符合l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 模型，其最大吸附量为2 0 m g g ( 湿菌体) 。吸附动力学可用准二级速率方程进行描述。显微观察表明吸附染料的菌丝可 以褪色，变白。新生的菌丝具有生物活性，菌体可重复使用。红外漫反射光谱分析证实菌 体吸附并随后降解染料分子。紫外光谱分析可知在白腐真菌处理染料废水的过程中，降解 的初始阶段，最大吸收峰逐渐减弱直至消失，最后吸收峰全部消失。菌体处理料废水是通 过菌体吸附和菌酶降解双重机制发挥作用的。 研究表明吸附吸附酸性大红的最佳p h 值为3 左右；菌体脱色酸性大红染料废水的最佳 温度为2 2 c 左右。培养液比例越大，脱色效果越好。紫外光谱分析都证实菌体吸附染料分 子并随后降解，偶氮染料降解过程中产生很多复杂的中间产物。 研究表明菌体吸附降解酸性艳蓝的最佳p h 值为3 左右，脱色最佳温度为2 5 3 0 左右。 活菌体处理废水的脱色效果好于死菌体。紫外光谱分析可知菌体吸附染料分子并随后降 解，但降解不彻底，在可见紫外可见光区仍存在吸收峰。 染料分子结构差异较大时，菌体处理染料废水的效果不一样。 关键词：直接耐晒翠蓝；酸性大红；酸性艳蓝；白腐菌；染料废水处理 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w h i t e - r o tf u n g ih a v ea l le x t r e m e l yg o o dc h a r a c t e ro nd y ed e g r a d a t i o n ar e p r e s e n t a t i v e w h i t e r o tf u n g u sp l e u r o t u so s t r e a t u sw a su s e dt ot r e a tp h t h a l i cc y a n i d ed y e sd i r e c tf a s t t u r q u o i s eb l u ea n da z od y e sa c i dr e d 1 1 l ce f f e c to f p hv a l u ea n dt e m p e r a t u r eo na d s o r p t i o no fd y ed i r e c tf a s tt u r q u o i s eb l u eb y w h i t er o tf u n g ip l e u r o t u so s t r e a t u sw a si n v e s t i g a t e d 1 1 1 ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a t d e c o l o r a t i o ne f f i c i e n c yo fd y ew a s t e w a t e rb yt r e a t m e n to fp l e u r o t u so s t r e a t u sr e a c h e dm o r e t h a n9 0 w i t h i n2 4 ha tp hv a l u eo f 耷击a n dt e m p e r a t u r eo fa b o u t2 0 , m o r e o v e r , m a x i m u m d e c o l o r a t i o ne 伍c i e n c yw a so b t a i n e da tp hv a l u eo fa b o u t5 t h eb i o - a d s o r p t i o no f 脓u r o t u s o s t r e a t u st od y ea c c o r d sw i t hl a n g m u i ra d s o r p t i o ni s o t h e r m ，a n dt h es a t u r a t e da d s o r p t i o n c a p a c i t yo fp l e u r o t u so s t r e a t u sw a s19 8 6m gd y e gg r o s sb i o m a s sa tt h ep r o p o r t i o no f c u l t u r e m e d i u m2 0 t h ea d s o r p t i o nk i n e t i c so fp k u r o t u so s t r e a t u sf o rd i r e c tf a s tt u r q u o i s eb l u ef r o m a q u e o u ss o l u t i o n sw a si ng o o da g r e e m e n tw i t ht h ep s e u d o - s e c o n dr a t ee q u a t i o n i tw a sf o u n d t h a tm y c e l i u ma d s o r b i n gd y ed e c o l o r i z e dg r a d u a l l ya n db e c a m ew h i t ef i n a l l yb ym i c r o s c o p i c o b s e r v a t i o n , w h i c hi n d i c a t e dt h a tn e o g e n e t i cm y c e l i u mw a sa c t i v a t e dt ob i o d e g r a d ed y ea n d u s e dr e p e a t e d l y i tw a sv e r i f i e dt h a tb i o m a s sa d s o r b e dd y ea n db i o d e g r a d e ds u b s e q u e n t l yb y i n f r a r e dd i f f u s er e f l e c t a n c es p e c t r o s c o p y m o r e o v e r , t h eu l t r a v i o l e ts p e c t r u ma n a l y s i sc o n f i r m e d t h a tt h em a x i m u ma b s o r p t i o nb a n dd e c r e a s e dg r a d u a l l ya n dd i s a p p e a r e df i n a l l y , s i m u l t a n e o u s l y , n e wa b s o r p t i o nb a n dp r o d u c e da n da l la b s o r p t i o nb a n dd i s a p p e a r e df i n a l l yi nt r e a t m e n to fd y e w a s t e w a t e rb yp l e u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u st r e a t e dd y ew a s t e w a t e rb yt w om e c h a n i s - m so fa d s o r p t i o na n db i o d e g r a d a t i o n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tm a x i m u md e c o l o r a t i o ne 伍c i e n c yo fa c i dr e dw a s t e w a t e rw a so b t a i n e da tp hv a l u eo fa b o u t3a n dt e m p e r a t u r eo fa b o u t2 2 1 1 1 ed e c o l o r a t i o n e 伍c i e n c yw a se f f e c t e db yt h ep r o p o r t i o no fc u l t u r em e d i u m t h em o r ed e n s i t yo ft h em e d i u m t h eb e t t e rd e g r a d a t i o nr e s u l t t h eu l t r a v i o l e ts p e c t n m aa n a l y s i sc o n f i r m e dt h a tt h em o l e c u l e so f d y ew a sa b s o r p e db ym y c e l i u ma n dl a t e r l yd e g r a d a t e db ye x t r a c e l l u l a re n z y m e m o r e o v e r , a n u m b e ro f c o m p l e xi n t e r m e d i a t e sw e r ep r o d u c e di nt h e p r o c e s so f a z od y e sd e g r a d a t i o n 砀ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tm a x i m u md e c o l o r a t i o ne f f i c i e n c yo fa c i db r i l l i a n t b l u ew a s t ew a t e rw a so b t a i n e da tp hv a l u eo fa b o u t3a n dt e m p e r a t u r eo fa b o u t2 5 3 0 t h e l i v em y c e l i u mw a sp r o v e dt ob eb e t t e rc h a r a c t e rt h a nt h ed e a dm y c e l i u mi nd e c o l o r a t i o n e f f i c i e n c y t h eu l t r a v i o l e ts p e c t r u ma n a l y s i sc o n f i r m e dt h a tt h em o l e c u l e so fd y ew a sa b s o r p e d b ym y c e l i u ma n dl a t e r l yd e g r a d a t e db ye x t r a c e l l u l a re n z y m e ，b u td y e sw e r en o td e g r a d a t e d c o m p l e t e l y , w i t ha r e s u l to fan u m b e ro f a b s o r p t i o np e a ka r e a sr e m a i n e di nu v v i s i b l er e g i o n p l e u r o t u so s t r e a t u sw a sc o n f i r m e dt oh a v ed i f f e r e n tt r e a t m e n tr e s u l to ft h ed y ew a s t e w a t e r w h e nt h ed i f f e r e n c e sw e r ea p p e a r e di nt h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo f d y e s k e y w o r d s ：w h i t er o tf u n g i ；p l e u r o t u so s t r e a t u s ；d i r e c tf a s tt u r q u o i s eb l u e ；a c i dr e d ；t r e a t m e n to fd y e w a s t e w a t e l 武汉科技大学硕士学位论文第1 i i 页 目录 摘要i a b 咖c t i i l ；录i i i 第一章引言l 1 1 染料废水污染1 1 1 1 染料废水简介1 1 1 2 染料废水的主要处理方法和工艺1 1 2 白腐真菌的简介3 1 2 1 白腐真菌的种类3 1 2 2 白腐真菌的培养特性3 1 3 白腐真菌脱色机理概述4 1 3 1 白腐真菌降解酶系4 1 3 2 白腐真菌吸附染料8 1 4 国内外对白腐真菌降解染料的研究现状8 。 1 5 本课题所要解决的问题及研究目的9 第二章实验仪器试剂及方法1 0 2 1 仪器与试剂：。1 0 _ i j ? 气 2 2 菌种培养1 1 2 2 1 菌种来源1 1 2 2 2 白腐菌保种1 l 。， 2 2 3 液体培养制种1 l 2 2 4 扩大培养1 2 2 3 染料废水的制备1 2 2 3 1 染料的分子结构1 2 2 3 2 染料废水的制备1 5 2 4 试验方法15 2 4 1 菌球重量l5 2 4 2 理论吸光值15 2 4 3 脱色率计算l5 2 4 4 初始p h 值对染料吸附的影响1 5 2 4 5 温度对染料吸附的影响1 6 2 4 6 红外谱图分析1 6 2 4 7 吸附量的计算1 6 第三章讹”m 觚r 臼黝觚处理染料废水结果与分析。l7 3 1p l e u r o t 淞o s t r e a 加处理直接耐晒翠蓝废水结果与分析1 7 3 1 1 培养液比例对染料脱色的影响1 7 第页武汉科技大学硕士学位论文 3 1 2p h 值对染料脱色的影响1 7 3 1 3 温度对染料脱色的影响1 8 3 1 4 脱色时间对脱色率和总有机碳去除率的影响1 8 3 1 5 吸附等温线。1 9 3 1 6 吸附降解动力学2 l 3 1 7 吸附染料前后p l e u r o t u so s t r e a t u s 菌体的显微观察2 2 3 1 8 菌体吸附染料前后漫反射红外图谱比较分析2 4 3 1 9 直接耐晒翠蓝废水降解前后的紫外扫描图比较2 4 3 1 1o 小结2 5 3 2p l e u r o t u so s t r e a t u s 处理酸性大红废水结果与分析。2 5 3 2 1p h 值对染料脱色的影响。2 5 3 2 2 温度对染料脱色的影响山2 6 3 2 3 吸附染料前后p l e u r o t u so s t r e a t u s 菌体的显微观察2 7 3 2 4 混合培养液浓度对染料处理效果的影响2 7 3 2 5 时间对染料废水脱色和c o d 降解效果的影响2 7 3 2 6 活菌、死菌对染料废水处理效果的影响2 8 3 2 7 酸性大红废水降解前后的紫外扫描图比较2 9 3 2 8 小结。3 l 3 3p l e u r o t u so s t r e a t u s 处理酸性艳蓝废水结果与分析3 1 3 3 1p h 值对染料脱色降解的影响3 1 3 3 2 温度对染料脱色的影响3 2 3 3 3 死菌体对染料脱色降解3 3 3 3 4 吸附染料前后p l e u r o t u so s t r e a t u s 菌体的显微观察。3 4 3 3 5 酸性艳蓝废水降解前后的紫外扫描图比较3 4 3 3 6 小结。3 6 3 4p l e u r o t u so s t r e a t u s 处理不同染料效果差异的讨论3 6 第四章结论3 7 4 1 实验结论3 7 4 2 展望3 7 参考文献3 8 至炙 谢4 l 研究生发表文章4 2 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 1 1 染料废水污染 1 1 1 染料废水简介 第一章引言 1 8 5 6 年w i l l i a mh e n r yp e r k i n 发现了世界上第一种合成染料后，在最近一百多年里， 染料工业迅速发展。目前，每年生产的染料有1 0 0 ，0 0 0 种，产量为7 0 0 ，0 0 0 吨【1 1 。中国 是染料生产大国，其每年生产的染料的产量达1 5 0 ，0 0 0 吨【2 1 。染料分子结构高度稳定， 具有耐光、耐热、耐化学氧化等特点，排放的染料废水多为分子结构和特征不确定的混合 物，化学组成差异很大，处理难度也比较大。染料工业和纺织印染工业是与染料废水息息 相关的两个行业，染料工业是典型的精细化工行业，而纺织印染工业是染料的最大用户， 而且是用水大户，占整个纺织工业的8 0 以上【3 1 。染料生产废水和印染废水在性质上比较 类似，一般说来，染料工业废水色度要高于印染废水。 染料按化学结构分类( 主要是根据染料所含共轭体系的结构来分) 可分为：偶氮、酞 菁、蒽醌、菁类、靛族、芳甲烷、硝基和亚硝基等染料，在有的大类别中又可分为若干小 类。在染料加工过程中，多达1 5 使用过的染料释放到工艺流程水中，形成染料废水【4 】。 这些染料进入水体，对水体的危害性体现在：降低水体观赏度，降低阳光的穿透能力，影 响水体中藻类生物的光合作用，降低水体溶解氧浓度，对水体造成严重污染，导致水体生 态系统破坏，而溶解在水中的染料会对其它生物产生毒性，并可能通过食物链将毒性在人 体内富集，直接或间接的影响人们的身体健康【5 1 。 染料废水具有“色度高、c o d 高、盐度高、毒性高、b o d s c o d 低 的特点，同时 染料废水水质、水量波动较大【6 , 7 , 8 】；另一方面染料分子主要以芳烃和杂环化合物为母体， 并带有显色基团和极性基团，结构日趋复杂，性能也越来越稳定，这些都增加了印染废水 的处理的难度。因此，与许多其他有机工业废水相比，染料废水的处理难度更大、技术更 复杂、工艺流程更长。 1 1 2 染料废水的主要处理方法和工艺 目前，对于染料废水的处理方法有很多，主要有物理法、化学法和生物法。 1 1 2 1 物理法 物理处理方法主要有吸附法、过滤法、沉淀法、浮选法、膜法等。 目前，工业上选用吸附法作为处理染料废水的主要方法之一，吸附法主要选用活性炭、 硅藻土等，煤渣、树脂及一些新型吸附剂也用于染料废水的脱色处理中，工程应用结果显 示脱色效果好，脱色率可达8 0 p a 上【9 】。 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 在染料废水处理工艺中，预处理的方法常采用过滤法和沉淀法，它可以除去污水中颗 粒悬浮物和其它易沉杂质物质，为后处理工序做准备【1 0 】。 气浮法是一种常用的水处理方法，何星存、陈孟林等采用浮选方法处理结晶紫染料废 水，在废水中投加十二烷基苯磺酸钠作为捕集剂，对水溶液中染料分子的去除取得良好的 效果j 。该法所用装置简单，试剂价廉，操作简便，去除率高，在染料废水的处理方面 有良好的应用前景。 膜法又是另外一种染料处理方法，其优点是处理效果好，不但能回收染料，且不产生 污泥，带来污泥处理的困难。刘梅红、姜坪将染料废水通过醋酸纤维素纳滤膜，研究结果 表明，纳滤膜能有效截留废水中的染料分子，而废水的无机盐则几乎1 0 0 透过膜，膜对 废水的色度和c o d 的去除效果亦较佳f 1 2 1 。冯冰凌等采用壳聚糖超滤膜处理染料废水， c o d 去除率可达8 0 左右，脱色率超过9 5 【1 3 】。刘梅红、朱碧文等进行染色废水深度处 理试验，采用芳香聚酰胺聚矾材料的反渗透复合膜，研究显示，该法可有效地深度处理 和浓缩活性染料( 活性蓝m b r ) 废水，脱色率接近1 0 0 时，渗滤液均为无色【1 4 j 。 1 1 2 2 化学法 化学处理方法主要有化学混凝法、化学氧化法、微电解法。 化学混凝法是常用的染料废水处理方法之一，其各项指标可塑性很大，因此广泛应用 于各种水处理中【1 5 , 1 6 。化学混凝的原理是：在絮凝剂投加后，水体中的染料分子在其作用 下相互接触、碰撞脱稳凝集成一定粒径的聚集体，脱稳的聚集体由于进一步碰撞、化学粘 结、网捕卷扫和共同沉淀等作用而聚集成絮状体，最终借助重力作用而沉淀，以达到固液 分离的目的。 化学氧化法是染料废水脱色的常用方法之一，其原理是：氧化剂破坏染料的发色基团 而达到脱色的效果。染料分子多为萘、葸系列的化合物，分子结构中多数包含3 个苯环以 上，分子结构稳定，因此使只有氧化能力强的化学氧化剂才能有效地处理染料废水。目前 化学氧化剂主要有臭氧和h 2 0 2 ，它们与染料分子接触时，通过亲核、亲电作用或o h 使染料发色基团中的不饱和键断裂，从而达到脱色和降解的目的。 微电解法是一种处理染料废水的预处理方法，其优点是：适用范围广、处理效果好、 运行成本低等 1 7 , 1 8 】。其缺点体现在处理后期更换铁粉的困难，同时氧化铁粉产物带来的 二次污染造成废水的实际停留时间偏小，影响脱色效果；同时，该法较难处理水溶性较好 的酸性、活性染料，脱色效果不理想【1 9 1 。 1 1 2 3 生物法 物理、化学方法处理效果虽然好，但由于成本较高，而且易带来二次污染，生物法仍 是国内外主要的染料废水处理方法。生物法具有运行成本低，环境友好等优点。染料的生 物降解性处理体现在以下四个发面：( 1 ) 染料分子的空间结构发生变化，从而失去某些特 性，检测时不能发现其存在；( 2 ) 结构中的某个基团发生变化；( 3 ) 染料发生裂解；( 4 ) 由于微生物的作用，染料彻底转化成c 0 2 、h 2 0 等物质【2 0 】。生物处理染料不发生以上4 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 种转变或者处理周期内不发生转变的过程称为非降解性生物处理，如生物絮凝和生物吸 附。 生物降解性处理的方法包括厌氧、好氧、高效菌种的筛选和生物固定化等【2 。近年 来，由于染料行业的发展，染料的成分越来越复杂，染料废水的处理难度增加，传统的生 物处理方法己不满足目前的需要，目前研究的方向主要为选择和培育抗变异、耐环境毒害 性的优势菌种【2 2 1 。白腐真菌极强的降解能力和特殊的代谢类型，成为近年来国内外研究 的热点。白腐真菌集多种优越性于一身，其降解功能表现出高效、低耗、广谱、适用性强 等特点，有别于一般微生物，在环境治理方面是一种有希望利用的生物。应用白腐真菌对 染料脱色及降解的研究取得了显著成效。 1 1 2 4 染料废水处理的组合工艺 国内印染企业大多集中在浙江、江苏和广州，废水多采用厂内处理，也有个别地方采 用厂内处理与污水处理厂相结合的方式。目前国内比较常用的染料污水处理工艺，一般采 用物化、生化( 或絮凝生化吸附) - r 艺技术路线。从现有情况看，我国染料废水生物处理 法中以表面加速曝气和接触氧化法占多数。此外，鼓风曝气活性污泥法、射流曝气活性污 泥法、生物转盘等也有应用，生物流化床尚处于试验性应用阶段。常用的物化处理工艺主 要是混凝沉淀法与混凝气浮法。电解法、生物活性炭法和化学氧化法等有时也用于染料废 水处理中。 1 2 白腐真菌的简介 1 2 1 白腐真菌的种类 寄生或腐生在木材上的木腐真菌，能释放降解性酶降解木质素、纤维素，导致木材腐 朽，根据腐朽后海绵状团块的颜色分为白腐真菌和褐腐真菌【2 3 1 。自腐真菌多为担子菌纲， 中国真菌志记载了4 6 属1 3 7 种【2 4 j 。白腐真菌菌丝体为多核，多核的分生抱子常为异 核，但孢子却是同核体，它的交配系统为同宗配合和异宗配合【2 5 】。白腐真菌的种类很多， 其中典型的有如下几种：黄孢原毛平革菌( p h a n e r o c h a e t e c h r y s o s p o r i u m ) 、i i n c t p o o r i as p 、 特罗格粗毛盖菌( f u n a l a i t o r g i i ) 、t r a m e t e s h i r s u t e 、变色栓菌( t v e r c i c o l o r ) 、烟管菌 ( b j e r k a n d e r as p ) 、p l e u t r o t u s o s t r e a t u s 、彩绒革盖菌( c o r i o l u sv e r s i c o l o r ) 、朱红密孔菌 ( p y c n o p o r o r u sc i n n a b a r i n u s ) 、杂色云芝( p o l y s t i c t a sv e r s i c o l o u r ) 掣2 6 2 7 1 。白腐真菌中 研究最久、关注最多、研究最透的黄孢原毛平革菌( p h a n e r o c h a e t e c h r y s o s p o r i u m ) 。 1 2 2 白腐真菌的培养特性 白腐真菌主要的培养特性如下： 培养温度：除黄孢原毛平革菌( p h a n e r o c h a e t e c h r y s o s p o r i u m ) 培养温度为3 7 ( 2 ：9 1 - ， 其它白腐真菌的培养一般在3 0 ( 2 ； 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 培养p h 值：所有的白腐真菌适宜的培养p h 值为4 5 5 0 之间： 营养物质：葡萄糖等易代谢物质对木质素降解酶系统具有重要作用；木质素等物质 的降解需要另外加入生长物质即共物质，共物质被认为是木质素降解系统各组分合成的能 源； 分子氧含量：白腐真菌的脱色及降解性依赖于高含氧环境； 抑制性物质：硫脲、叠氮化钠、氰化物等能抑制白腐真菌脱色和降解； 搅拌或者振动：白腐真菌在悬浮状态下培养时，若剧烈地振动将严重地抑制木质素 过氧化酶等的产生；但适当的搅拌和振动有利于物质之间的传递，从而促进其脱色和降解 效果； 培养时间：白腐真菌只有在次生代谢时( 培养3 - 4 d 以后) 才能产生较多的木质素过 氧化酶和锰过氧化酶等酶类，其中锰过氧化酶出现得比木质素过氧化酶要晚( 5 d 以后) 。 除上述的培养条件会对白腐真菌的生长及对有机物的降解产生影响外，染料成分的结 构也会对白腐真菌的降解能力产生作用。许多研究证实，染料分子上如果带有羟基、胺基、 乙胺基和硝基，其脱色降解及矿化结果就较为彻底，而带有甲基、甲氧基、磺酸基时则不 易降解；在偶氮染料降解过程中第一步是发生偶氮键的破裂，芳环上官能团的种类、数目 和位置情况以及官能团与偶氮键之间的反应情况与染料降解效果有关；电子分布、电荷密 度及某些空间结构的差异的染料，降解效果也有着显著的差异【2 8 3 2 1 。 1 3 白腐真菌脱色机理概述 1 3 1 白腐真菌降解酶系 白腐真菌能降解木质素和许多异生物质是依赖于一些酶的产生和分泌，这些酶共同构 成了称为木质素修饰酶系统。这些酶有的束缚在细胞壁上，有的分泌在细胞外；它们各有 分工，协同作用，作为一个酶系统，为白腐真菌的独特的生物降解能力提供基础，其分泌 的酶类别如表1 1 所示。 表1 1 白腐真菌分泌的酶类别 酶的分类 名称 产生h 2 0 2 的氧化酶( 细胞内) 需氧的过氧化物酶( 细胞外) 葡萄糖氧化酶、细胞j b l - 二醛氧化酶 木质素过氧化物酶( l i p ) 、锰过氧化物酶( m n p ) 、漆酶 在木质素降解过程中，木质素修饰酶是必不可少的，但它们往往要结合其它过程包括 添加其它的酶才能对木质素矿化。这种辅助酶( 无法自行降解木质素) 是乙二醛氧化酶和 为细胞内产生h 2 0 2 的超氧化歧化酶，l i p 和m n p 的联合底粉，以及葡萄糖氧化酶，芳香 醇氧化酶和纤维二糖脱氢酶。实质上，它们参与了反应系统并将木质素降解与纤维素和半 纤维素降解性联系起来了。 国内外研究最多的是l i p 、m n p 和漆酶这3 种酶种，它们为白腐真菌的代表性酶种。 式銎科赦本学硬士学位监文第5 页 它们在自然界较为罕见，催化功能很特殊，它们具有模式酶种的开发价值。 1 3 1 1l i p 和m n p l i p 和m n p 均为利用h 2 0 2 的过氧化物酶系，其结构中含有血红素辅基，氧化反应的一般 过程如下： 过氧化物酶+ h 2 0 2 - - 酶复合物i + h 2 0 酶复合物i + s h s h + 酶复合物i i 酶复合物i i + s h 2 _ 过氧化物酶 2 s h + 2 r - - - - - 2 r + 2 s h ， 明7 弋一m l a c c 蝴 0 2 h o - o 、 i n t e r m e d i a t e c n +c l l + 二- - c u 2 +c u 什 h h 2 澍广 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 其中酶复合物i 含有有机阳离子自由基结构，r 是羟自由基或芳香自由基，它在降解 芳香化合物中起重要作用，它可以通过单电子传递将自由基链反应进行下去，进而脱去苯 环上的取代基一形成醌一羟基化一苯环开环【3 3 3 4 】其催化氧化的循环图如图1 1 所示。 1 3 1 2l a c c a s e l a c a s e 是含铜的蛋白酶，以0 2 作为电子受体催化多酚化合物，经4 次单电子传递形成 醌及自由基，然后同样以链反应形式传递自由基进行底物氧化，这种自由基反应是高度非 特异性的和无立体选择性的，使得白腐真菌在降解有机物时呈现广谱有效的特性【3 5 矧。其 催化循环图如图1 2 所示。 1 3 1 3 影响酶活的因素 如上所述，木质素修饰酶系统是白腐真菌完成难降解有机污染物高效、快速分解、转 化的功能主体。因此，探讨影响白腐真菌产木质素修饰酶系统及酶催化活性的主要因素具 有重要意义。 ( 1 ) 培养基成分对产酶的影响 常用的培养基包括以下几个部分：碳氮源、缓冲液、宏量元素、微量元素、维生素。 有的为了提高木质素过氧化物酶的酶活还会加入黎芦醇和吐温等。 ( 2 ) 培养方式 在白腐真菌培养方式上，液体培养的研究最多，采用固体培养的也有研究【3 7 1 。在液体 培养研究中，采用振荡( 摇瓶) 培养的情况比静置培养的为多，采用深层培养的比浅层培养 的情况多。付时雨等研究表明p a n s c o n c h a t u s 在固体培养条件下产生的漆酶活性远高于液体 培养条件下的漆酶活性【3 引。 ( 3 ) 诱导物对产酶的影响 白腐真菌木质素降解酶的合成与诱导物的有无及浓度高低有关。诱导物对不同种类的 酶的作用有选择性：c u 2 + 影响漆酶的产生有关，m n 2 + 影响锰过氧化物酶的产生，黎芦醇是 木质素过氧化物酶的良好诱导物。一些诱导物不仅是诱导合成酶的关键，还可能具有分散 剂、保护剂的作用。 在合成m n p 过程中，m n 2 + 的作用至关重要，m n 2 + 同时也是该酶的底物。“等研究发现 m n 2 + 诱导m n p 的合成，m n 2 + 的存在增加了m n p m r n a 的合成量，提高了m n p 基因的转译， 所以培养基中缺乏m n 2 + 时，m n p 的受到抑制【3 9 1 。b o n n a r m c 等人研究表明：培养基中没有投 加m n 2 + ，菌体几乎不会合成m a p ；浓度在o - - - 4 0 m g l 之_ 间时，m n p 的合成与浓度成正比， 浓度越高越有利于酶的合成，但当m i l 2 + 浓度超过2 0 0 m l 后m l l p 的酶活便开始缓慢下降【4 0 1 。 b a r - l v e 等研究结果显示木质素降解酶系在高氧环境容易合成的结论1 4 1 】。a s h t e r 等人研 究了温度对菌体木质素过氧化物酶合成的影响：菌体生长结束后降低温度有利于次级代谢 物的启动，培养温度对酶的控制体现在茵体生长阶段和过氧化物酶合成阶段；如果菌体生 长温度为3 7 ，酶合成期温度降为3 0 c ，这种方式培养所得的最高酶活与温度恒定在3 7 。c 培养相比，要高1 倍多【4 2 1 。 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 菌丝球大小和结构也是影响菌体产酶的重要因素。李华钟等证实，限氮培养条件下随 着氮源浓度升高，菌丝球逐渐变大，且颜色有明显变化【4 3 1 。在研究中，酒石酸铵浓度大于 1 4 m m o 扎时，培养液粘稠这是由于氧气在菌垫中的穿透能力不强，在菌垫厚1 5 m m o 儿处 溶氧已接近零，厚2 m m o l l 处则完全测不到溶氧，即菌丝球的厚度一旦超过3 m m o 儿，菌丝 球中心的细胞会缺氧，严重时引起自溶，释放出胞内物质。经测定使培养液粘稠的物质为 多糖物质。菌丝球变大不利于传质、传氧，而多糖物质的存在进一步引起了传质、传氧效 率的下降，使菌体生长和产酶受到了影响。 ( 4 ) 其它因素 影响白腐真菌木质素降解酶合成及活性表达的还有一些其他因素，如培温度、通气状 况、p h 值、接种量乃至环境湿度等。 1 3 1 4 白腐真菌降解酶系 白腐真菌对各类化学物质的广谱而高效的降解能力，其具有其他生物体系，尤其细菌 体系，所不具备的优剧删。 ( 1 ) 不需经过特定污染物的预条件化 细菌必须预先置于一定有效浓度的污染物中才能诱导合成所需的降解酶，而白腐真菌 降解酶的产生与降解底物无关，它是靠营养限制( 主要是n ) 来启动降解过程的。这样白 腐真菌既能降解环境中某些低浓度污染物，又能将其降到几乎测不出的水平。 ( 2 ) 对其他微生物的拮抗 白腐真菌能有效的利用其他微生物是不能利用的生长基质如木屑、木片、剩余谷物、 农业废弃物等，这样白腐真菌较易在自然的微生物菌落中确立生长优势。白腐真菌产生的 像o h 这样的自由基能氧化其他微生物的蛋白质、d n a ；它还能将所处环境的p h 值调节到 适合生长的范围，一旦白腐真菌进入微生物体系，那些与其有不同的最佳p h 值的微生物就 不能生长，白腐真菌因此保持竞争上的优势。 ( 3 ) 细胞外降解特征 白腐真菌降解系统的胞外酶，能有效氧化细胞外的物质，而不对细胞产生毒害。另外， 有毒污染物也不必先进入细胞再代谢。这样白腐真菌不仅可降解不溶性化合物，也可降解 有毒污染物。 ( 4 ) 降解底物的非专一性 白腐真菌的非专一性降解体现在它们不仅能降解各种结构不同的化学物，甚至连杂酚 油、氯代芳香烃这样的污染物混合物也能一直降解至c 0 2 ，而同样降解这类混合物需要多 种细菌共同作用。由于实际环境中是以多种污染物混合共存的方式居多，白腐真菌的这种 非专一性降解特点，无疑具有更大的实用性。 ( 5 ) 适用于固、液两种体系 白腐真菌能在固体、液体培养中生长，在固液体系中都能体现其降解性能。大部分微 生物系统只能降解水溶液中可溶性污染物，对于许多不溶于水的污染物不易被微生物吸收 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 降解，而白腐真菌在土壤污染与水污染体系中起广泛的降解作用。 1 3 2 白腐真菌吸附染料 在培养液中摇床培养时，白腐真菌的孢子会互相凝聚形成晶核，由孢子生成的菌丝不 断地缠绕在晶核上，进而形成较大的菌丝球。这些菌丝球在不同的生理阶段体现出不同的 生理特性，而其最显著的特性就是吸附性。研究染料生物吸附剂的文献很少，且大多学者 集中于真菌体对染料的生物降解研究，尤其是以黄孢原毛平革菌为多。生物吸附法多使用 死菌体进行吸附，与生物降解法相比，在吸附过程中不需营养源供应，因而不会受到水中 毒物和冲击负荷的影响，且可循环多次使用【4 5 】。 目前国内研究白腐菌菌体的吸附都是将菌体在6 0 。( 2 或者8 0 0 ( 2 下烘干后，将干菌体用研 钵磨碎，制得生物吸附剂用于吸附性质的研究。 张丽芳等研究青霉菌菌体对水溶液中阳离子染料孔雀绿的生物吸附作用 4 6 1 。试验考察 了染料结构、菌体预处理方法和溶液初始p h 值对生物吸附作用的影响。结果表明，当孔雀 绿染料质量浓度为5 0 m g l 时，未处理菌体的吸附量为2 9 3 m g g ，而经过n a h c 0 3 预处理后， 效果最佳，达至1 j 3 5 3 m g g 。反应体系中的p h 值对菌体吸附剂吸附染料影响很大，