（环境工程专业论文）微囊藻毒素的厌氧降解及厌氧降解菌的分离.pdf

摘要 近年来，随着水体富营养化程度加剧，水华爆发r 益频繁。我国有6 0 的淡 水水体存在不同程度的富营养化现象。微囊藻毒素( m i c r o e y s t i n ，m c ) 污染已经成 为我国最严重的环境问题之一，对其进行控制和消除势在必行。微生物降解是 m c 在环境中去除的主要途径之一。目前，关于m c 微生物降解的研究主要集中 在好氧降解方面，而厌氧降解研究较少，对m c 厌氧降解菌的分离工作还未见报 道。本文通过室内模拟实验，研究了m c 在不同还原条件下的降解情况，通过固 体平板涂布分离法，从滇池沉积物中分离出一株m c 厌氧降解菌，对其降解m c 的过程进行了初步研究，并根据菌落形态、生理生化特征和1 6 sr d n a 序列对该 降解菌进行了鉴定。具体的研究内容和结果如下： 1 m c l r 在不同还原条件下的降解 考察了沉积物中m c l r 在不同还原条件下的降解情况和电子受体的消耗情 况。结果表明，在产甲烷条件下，m c l r 发生迅速降解，说明发酵菌可能参与 了m c l r 的降解过程。尽管在硫酸盐还原条件下m c l r 也能够快速降解，但 是降解过程中没有检测到硫酸盐的消耗，向样品中加入1 0m m o l l 1 的钼酸钠对 m c l r 的降解没有影响，说明硫酸盐还原菌没有参与m c l r 的降解过程；在硝 酸盐还原条件下，m c l r 不发生降解，但是硝酸盐的浓度不断降低，并有亚硝 酸盐生成，说明虽然样品中硝酸盐还原菌很活跃，但是硝酸盐还原菌未参与 m c l r 的降解。 2 m c 厌氧降解菌的分离及降解特性研究 通过固体平板稀释涂布法，从滇池沉积物中分离得到一株m c l r 厌氧降解 纯菌株c j 5 ，该菌株能在4d 内将5m g l 。1 的m c l r 降解到检测限以下；在y p 有机培养基中，c j 5 茵经过约1 2h 进入对数生长期，3 6h 进入到稳定期。 3 菌株c j 5 的鉴定及保存方法研究 菌株c j 5 在厌氧有机培养基上的菌落形态为圆形水滴状，透明光滑，边缘整 齐，表面湿润，直径l 2m m 。该m c 降解菌为革兰氏阴性杆菌，具有运动性， 无英膜，无芽孢。根据菌落形态、生理生化特征和1 6 sr d n a 测定结果，该菌被 鉴定为厚壁菌f - j ( p a e n i b a c i l l u s ) 下的氨基酸杆菌属( a c i d a m i n o b a c t e r ) 。 考察了无机盐液体保存法、y p 有机固体培养基保存法、甘油菌液保存法、 甘油生理盐水保存法、滤纸片低温冷冻保存法对菌株c j 5 的保存效果。结果表明， y p 有机固体培养基保存法能保证菌株在3 个月内具有很强的降解活性，所以选 择该方法保存m c 厌氧降解菌c j 5 。 关键词：微囊藻毒素，厌氧生物降解，厌氧菌，鉴定 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ea g g r a v a t i o no fw a t e re u t r o p h i c a t i o n ，c y a n o b a c t e r i a l b l o o m sb e c o m em o r ef r e q u e n t s i x t yp e r c e n to ff r e s hw a t e rb o d i e sw a su n d e r c o n d i t i n so fw a t e re u t r o p h i c a t i o ni no u rc o u n t r y t h ep o l l u t i o no fm i c r o c y s t i n si so n e o ft h em o s ts e r i o u se n v i r o n m e n t a lp r o b l e m si no u rc o u n t r y i ti si m p e r a t i v et oc o n t r o l a n de l i m i n a t et h em i c r o c y s t i np o l l u t i o n m i c r o b i a ld e g r a d a t i o ni st h em a i na p p r o a c h t oe l i m i n a t e m i c r o c y s t i n i nt h ee n v i r o n m e n t p r e v i o u ss t u d i e so fm i c r o b i a l d e g r a d a t i o no fm i c r o c y s t i nm o s t l yf o c u s e do na e r o b i ce n v i r o n m e n t ，b u tt h e r ew a sf e w s t u d yo nb i o d e g r a d a t i o no fm i c r o c y s t i nu n d e ra n a e r o b i cc o n d i t i o n i nt h i st h e s i s ， a n a e r o b i cd e g r a d a t i o no fm i c r o c y s t i nu n d e rd i f f e r e n tr e d o xc o n d i t i o n sw a ss t u d i e di n l a b o r a t o r ye x p e r i m e n t s ，a n da n a e r o b i cm c - d e g r a d i n gb a c t e r i u mw a si s o l a t e df r o m d i a n c h il a k e m o r e o v e r , b i o d e g r a d a t i o np r o c e s so fm i c r o c y s t i nb yt h ea n a e r o b i c m c d e g r a d i n gb a c t e r i u mw a si n v e s t g a t e d t h ea n a e r o b i cm c - d e g r a d i n gb a c t e r i u m w a si d e n t i f i e d a c c o r d i n gt o i t s m o r p h o l o g i c a lo b s e r v a t i o n ，p h y s i o l o g i c a la n d b i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，s e q u e n c e so f16 sr d n a t h em a i nc o n c l s i o n so b t a i n e d a r e 】i s t e da sf o l l o w s ： 1 a n a e r o b i cd e g r a d a t i o no fm i c r o c y s t i nu n d e rd i f f e r e n tr e d o xc o n d i t i o n s w es t u d i e dt h e d e g r a d a t i o no fm i c r o c y s t i n l ra n dr e d u c t i o no fe l e c t r o n a c c e p t o r su n d e rd i f f e r e n tr e d o xc o n d i t i o n s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tm i c r o c y s t i n l r c o u l db e d e g r a d e dr a p i d l yu n d e rm e t h a n o g e n i cc o n d i t i o n ，d e m o n s t r a t i n gt h a t f e r m e n t a t i v eb a c t e r i am a yp a r t i c i p a t ei nt h ed e g r a d i n gp r o c e s so fm i c r o c y s t i n - l r a l t h o u g hm i c r o c y s t i n l rc o u l da l s ob ed e g r a d e du n d e rs u l f a t e - r e d u c i n gc o n d i t i o n s ， s u l f a t e - r e d u c t i o nw a sn o to b s e r v e do v e rt h e10d a y so fi n c u b a t i o n ，a n d10m m o l l 1 s u l f a t e r e d u c i n gb a c t e r i ai n h i b i t o rd i dn o ti n h i b i t e dt h ed e g r a d a t i o no f m i c r o c y s t i n l r ， t h e s er e s u l t si n d i c a t e dt h a ts u l f a t e - r e d u c i n gb a c t e r i ad i dn o t p a r t i c i p a t ei n t h e d e g r a d i n gp r o c e s so fm i c r o c y s t i n - l r n i t r a t ew a sr e d u c e du n d e rn i t r a t e r e d u c i n g c o n d i t i o n ，b u tn ob i o d e g r a d a t i o no fm i c r o c y s t i n l rw a sd e t e c t e d ，i ti n d i c a t e dt h a t n i t r i f y i n gb a c t e r i ac a n n o tu t i l i z em i c r o c y s t i n - l ra sa ne l e c t r o nd o n o r 2 i s o l a t i o no ft h ea n a e r o b i cm c - d e g r a d i n gb a c t e r i u ma n dt h eb i o d e g r a d a t i o n p r o c e s so fm i c r o c y s t i n o n ea n a e r o b i cm c d e g r a d a t i o nb a c t e r i aw a si s o l a t e df r o mt h es e d i m e n to f d i a n c h il a k ev i ai n c u b a t i o no ns o l i dm e d i u m t h em c d e g r a d i n gb a c t e r i u m d e s i g n a t e dc j 5c o u l dd e g r a d em c - l ro f5m g l 1t ob e l o wt h ed e t e c t i o nl i m s t s w i t h i n4d i nt h eo r g a n i cm e d i u m ，s t r a i nc j 5c a m ei n t ot h ee x p o n e n t i a lp h a s ea n d s t a t i o n a r yp h a s ea f t e r12ha n d3 6h ，r e s p e c t i v e l y 3 i d e n t i f i c a t i o na n dc o n s e r v a t i o no fs t r a i nc j 5 t h ec o l o n yo fc j 5o na n a e r o b i cs o l i do r g a n i cm e d i u mw a sr o u n d ，1 - 2m m a c r o s s ，s l i p p e r ya n dl i m p i d ，w i t hr e g u l a re d g e sa n dam o i s ts u r f a c e s t r a i nc j 5i sa g r a m n e g a t i v eb a c i l l u s ，w i t ha b i l i t yo fm o t i l i t y , n oc a p s u l ea n dn os p o r e b a s e do nt h e a n a l y s i so fc o l o n i a lm o r p h o l o g y , p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n d t h e16 sr r n a g e n es e q u e n c e ，t h eb a c t e r i u mw a si n d e n t i f i e da sa c i d a r n i n o b a c t e rs p a n a e r o b i cm c - d e g r a d i n gb a c t e r i u mc j 5w a sp r e s e r v e db ym e a n so fm i n i m a l m e d i u mc o n s e r v a t i o n a lm e t h o d ，r i c ho r g a n i cc o n s e r v a t i o n a lm e t h o d ，g l y c e r o l s a l i n e c o n s e r v a t i o n a lm e t h o d ，h a l fv o l u m eo ff l y c e r o la n db a c i l l ic o n s e r v a t i o n a lm e t h o da n d f i l t e rp a p e rc o n s e r v a t i o n a lm e t h o d t h er e s u l t ss u g g e s t e dt h a tt h eb a c t e r i u mc o u l d m a i n t a i ni t e sd e g r a d i n ga c t i v i t yu n d e rt h ec o n s e r v a t i o nm e t h o do fs o l i dm e d i u mw i t h r i c ho r g a n i cc o n s e r v a t i o n a lm e t h o di n3m o n t h s s ot h i sm e t h o dw a sc h o s e nt o c o n s e r v et h ea n e a r o b i cd e g r a d i n gb a c t e r i u mc j 5 k e yw o r d s ：m i c r o c y s t i n ，a n a e r o b i cb i o d e g r a d a t i o n , a n a e r o b i cb a c t e r i u m ， i d e n t i f i c a t i o n 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生( 签名) ：彳甄卜日期丝炝幺垃 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论 文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录 本学位论文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：j 鼠仁导师( 签名) ： 受螋日期上赳丑衄 武汉理l ：人学硕十学位论文 第1 章绪论 近年来，随着工农业的快速发展，大量含氮、磷的废水以及生活污水排入 水体中，导致水体富营养化现象不断加剧，蓝藻水华暴发日益频繁。研究表明， 我国6 0 左右的湖泊水库存在不同程度的富营养化【l 】，其中滇池、太湖、巢湖的 富营养化现象尤为严重。常见的水华蓝藻主要有微囊藻( m i c r o c y s t i s ) 、束丝藻 ( a p h a n i z o m e n o n ) 、鱼腥藻n a b a e n a ) 、柱孢藻( c y l i n d r o s p e r m o p s i s ) 、节球藻 ( n o d u l a r i a ) 、颤藻( o s c i l l a t o r i a ) 、念珠藻( n o s t o c ) 、和螺旋藻( s p i r u t i m a ) 等。水华水体 呈墨绿色，散发出难闻的气味，不仅影响水环境景观，破坏水生生态系统，而 且释放出多种藻毒素，对水体安全构成严重威胁【2 】。水体中藻毒素污染已经成为 当今最严重的水环境问题之一。 研究表明，8 0 的水华藻类能够产生毒素【3 】，根据毒素的靶器官不同，可以 分为肝毒素、神经毒素和皮肤类毒素三大类，其中肝毒素又分为微囊藻毒素 ( m i c r o c y s t i n s ) 、节球藻毒素( n o d u l a r i n s ) 和柱孢藻毒素( c y l i n d r o s p e r m o p s i n ) ，其中 微囊藻毒素( m i c r o c y s t i n s ，m c s ) 是一类在蓝藻水华中出现频率最高、造成危害最 严重的藻毒素【铀】。 1 1 微囊藻毒素简介 1 1 1 微囊藻毒素的产生及理化性质 1 1 1 1 微囊藻毒素的产生 微囊藻能否产生微囊藻毒素主要是由遗传基因决定的【7 j 。微囊藻的遗传结构 研究表明，微囊藻毒素的合成是由毒素肽合成酶基因控制，微囊藻产毒菌株至 少含有两个多肽合成酶基因的保守序列，而微囊藻无毒株不具有这些基因，微 囊藻有毒株和无毒株的遗传差异在于是否存在一种或几种编码毒素合成酶的基 因【8 j 。其次，微囊藻毒素的产生受多种环境因素的影响，如光照、温度、营养盐 等，其中光照是毒素产生的一个重要制约因子【9 。1 i j ；在营养盐中，磷盐显著的影 响m c 的生成，碳、氮的影响不大；在微量元素中，铁、锌的影响极明显，m c 的产生量随铁、锌浓度的升高不断下降【l 2 1 。 武汉理i ：人学硕 j 学f 节论文 1 1 1 2 微囊藻毒素的理化性质 微囊藻毒素( m c s ) 是由7 种氨基酸组成的小分子环状多肽，是一类具生物活 性的单环七肽，分子量在8 0 0 1 1 0 0 之问【1 3 】，其基本结构为：环( d 丙氨酸l x 赤b 甲基d 异天冬氨酸l z a d d a d 异谷氨酸n 甲基脱氢丙氨酸) 【2 1 ，如图1 1 所示，其中n 甲基脱氢丙氨酸( m d h a ) 为- - 种特殊氨基酸；a d d s 3 一氨基9 甲氧基 2 , 6 ，8 三甲基1 0 苯基4 ，6 二烯酸) 是表达其生物活性的必需基团，含q ，1 3 不饱和 双键，m c 的毒性随着a d d a 氨基酸的共轭立体结构的改变而改变【1 4 】；x 和z 为 两种可变的l - 氨基酸。由于x 、z 的不同以及m a s p 和m d h a 基团的甲基似去甲 基化产生的差异，可以形成多种不同的异构体，目前已发现8 0 多种微囊藻毒素。 其中，存在较普遍、含量较多、毒性较大的是m c l r 、m c r r 、m c y r 【 l6 】， l 、r 、y 分别代表亮氨酸、精氨酸、酪氨酸，m c l r 是其中出现频率最高、浓 度最大、危害最严重的一种藻毒素【4 】。世界卫生组织已经推荐了饮用水中m c 的 限量标准为l 烬l ，并推荐人群最大可耐受f _ 摄入量为每千克体重0 0 4 时】。 ( 3 1 u m d h a c o o h m e a s p 图1 im c 的分子结构 f i g 1 - 1m o l e c u l a rs t r u c t u r eo fm i c r o c y s t i n s 0 a l a m c 相对分子量小和环状化学结构使其具有稳定性高、难以降解的特点【1 8 l 。 m c s 不易挥发、沉淀或被悬浮物吸附，易溶于甲醇和水，具有抗p h 变化的特性， 干燥的m c 在室温下可保存数年之久【1 9 】。在阳光下非常稳定，但经紫外线照射 2 武汉理j ：人学硕十学位论文 可发生化学异构而丧失毒性( 2 0 ，2 1 1 。常规的自来水处理工艺，如加氯、过滤等都 不能有效消除水体中的m c 2 2 1 ，一般的蛋白质水解酶也很难将其降解【2 3 】。 1 1 2 微囊藻毒素的毒性及危害 m c 的主要靶器官是肝脏，临床症状表现为肝脏充血肿大，严重时可导致肝 出血和坏死i z 4 ，2 5 1 。m c s 的致毒机理是通过抑制肝细胞中蛋白磷酸酶1 a ( p p l ) 和 2 a ( p p 2 ) 的活性i z 6 1 ，诱发细胞角蛋白高度磷酸化，导致哺乳动物肝细胞微丝分解、 破裂和出血。 近年来，藻毒素引起人类和动物中毒事件时有发生，藻毒素污染对人体和 生态环境造成的危害日益受到人们关注。1 9 9 6 年巴西发生了1 0 0 多人因使用遭 藻毒素污染的透析液而引发急性肝功能故障，其中至少5 0 人死亡【27 1 ，引起了世 界广泛关注。研究表明，饮用水中的m c 与人群中原发性肝癌和大肠癌的发病 率有很大相关性1 2 引。流行病学调查显示，我国江苏海门、广西扶绥、福建同安 等地区的高肝癌发病率与居民长期饮用含m c 的池塘或河流水有关系【2 9 】；浙江 海宁地区大肠癌的高发病率也与饮用河滨水、池塘水的m c 含量存在正相关关 系。微囊藻毒素不仅对人体有毒害作用，对动物也具有明显的毒性。当水体中 m c 达到一定浓度时，会导致鱼卵变形、蚤类死亡、鱼类行为和生长异常，甚至 死亡1 3 们。随着近年水体富营养化日益严重，水华爆发越来越频繁，蓝藻毒素引 起中毒事件呈上升趋势。 水体中m c 对水生植物的生长、群落结构和种群多样性也有影响。m c e l h i n e y 等【3 l 】研究了m c 对陆生植物生长的影响，结果表明不同浓度、不同类型的m c 对植物生长的影响是不同的，植物器官对m c 有定的吸收作用，使植物生长 受到抑制。s i n g h a 等f 3 2 】研究了m c 对藻类、微生物和真菌生长的影响，发现5 0 m g l 。m c 通过抑制灰色念珠藻和鱼腥藻对二氧化碳吸收和光合作用，从而抑制 其生长，并能够使藻细胞溶解，从而破坏生态系统的平衡。 1 2 水体中微囊藻毒素处理技术的研究现状 m c 主要产生并包含于蓝藻活细胞内，当细胞衰老、死亡或溶解后，则释放 到水体中博j 。鉴于m c 对环境和人类健康的危害，控制和消除水体中m c 势在 必行。如何简单有效的消除水体中m c 已经成为环境领域的一大难题。目前， 消除水体中m c 污染的方法主要可以分为物理方法、化学方法和生物方法。 武汉理i ：人学硕+ 学位论文 1 2 1 物理法 传统水处理工艺中的滤料和絮凝剂能有效截留和沉降藻细胞，控制水中藻 细胞的数量，避免有毒蓝藻细胞继续向水体中释放毒素。c h o w 等1 3 副研究表明传 统的硫酸铝絮凝沉降过滤的水处理方法不会对微囊藻细胞膜的完整性造成破 坏，大部分细胞都能被完整地去除，处理后的水体中未发现m c s 浓度增加，但 是该方法很难有效消除溶解在水体中的m c 。 活性炭吸附和膜过滤法，目前被认为是两种消除水体中m c 的有效方法。 活性炭的吸附过滤可分为粉末活性炭吸附和颗粒活性炭吸附，该方法不仅能有 效的截留有毒蓝藻细胞，同时对水体中的m c 具有吸附作用。w a r h u r s t 等p 4 j 发 现活性炭对m c l r 具有吸附能力，5 0m g l - 1 活性炭可以将初始浓度为2 0p g l q m c l r 全部吸附，吸附量为0 4l a g m g - 1 。虽然活性炭能够有效的消除水体中m c ， 但是因为活性炭再生相对比较困难，导致使用该方法处理成本较高。超滤、反 渗透和钠滤等膜过滤方法也能够有效的消除水体中的m c ，超滤和反渗透对藻毒 素的去除效果可分别达到9 8 和9 9 6 ，钠滤膜可完全截留水中的藻毒烈”j ， 但膜技术的成本非常高，所以目前只有少数发达国家进行小范围的应用。 闫海等【3 6 】研究了碳纳米管和高岭土等黏土矿物对m c 的吸附作用，发现碳 纳米管对湖泊中普遍存在的两种典型微囊藻毒素m c r r 和m c l r 有很强的吸 附能力。在溶液中m c r r 和m c l r 初始浓度分别为2 1 0m g l _ 和9 5m g l q 时，碳纳米管吸附量分别高达1 4 8m g 分1 和6 7m g g - 1 ，是高岭土、海泡石和滑 石等黏土矿物吸附m c r r 和m c l r 量的5 倍左右。 1 2 2 化学法 1 2 2 1 氧化法 国内外学者对氯氧化剂去除藻毒素效果进行了大量研究，结果表明，氯氧 化剂能够有效的消除水体中的m c ，但是在藻类大量繁殖的水体中必然存在丰富 的有机质，如腐殖酸等，它们容易与氯作用生成三氯甲烷等“三致”物质，引 起水体二次污染，因而氯氧化剂的应用存在一定困难。臭氧氧化性强，对溶解 在水中的藻毒素有较好的处理效果，并且不产生二次污染。r o s i t a n o 等1 37 j 在一定 的溶解有机碳、n o m 、p h 条件下，向m c l r 初始浓度为2 0m g l 。1 的水样中通 臭氧，保持残余臭氧浓度在0 0 6m g l 1 以上5m i n 就检测不到m c l r 。c a r l t l e 等【3 8 】研究发现，利用0 3 可以去除淡水中的藻毒素，并且不会导致藻细胞裂解， 4 武汉理l ：人学硕十学位论文 处理效果受藻毒素浓度以及0 3 浓度和作用时间的影响。与其它氧化剂相比，0 3 具有更广阔的应用前景，但0 3 氧化处理m c 过程中0 3 利用率低、有效氧化能 力不足和运行成本较贵等方面问题使其应用受到了限制。 近年来，高级氧化技术由于其多方面优点受到了广泛的关注。高级氧化技 术是利用反应中产生的强氧化性自由基，分解水体中有机污染物使污染物得到 彻底去除的技术，该技术利用的强氧化性自由基一般是o h 和s 0 4 ，比如f e n t o n 体系。g a j d e k 掣”】采用f e n t o n 和p h o t o f e n t o n 氧化法研究了m c 的降解情况， 结果表明m c l r 在5m i n 内的分解率达9 7 ，证实了f e n t o n 试剂对m c l r 具 有很强的分解能力，说明该方法能有效的消除水体中m c 污染。 1 2 2 2 光降解和光催化氧化法 m c 可以在天然水体中发生缓慢的光化学降解或异构化，在日光照射下， m c 的a d d a 基团通过改变空间结构而使毒性明显降低，在紫外光下，m c 则可 以发生直接光化学降解。陈伟等f 2 0 j 发现紫外光u v - c 是降解m c 较好的光源， 能破坏m c 侧链a d d a 基团的共轭双键，对环境水体中低含量的m c 具有很强的 去除能力，自然水体中的m c 在紫外光u v - c 的照射下，4 0m i n 内去除率可达 9 5 以上。陈晓国掣2 l 】的研究结果表明，在2 5 4n l t l 紫外光照射下，m c r r 的光 降解和异构化作用同时发生，光照强度、温度和p h 是影响反应速率的重要因素。 s i n g h a 等【3 2 】的研究表明，m c s 在腐殖质存在的条件下能够发生光降解，降解效 率不受腐殖质浓度的影响，并推测该现象可能是由于腐殖质在m c 光降解过程 中起到了光敏剂的作用。 近些年来，利用可见光催化降解污染物的研究日益受到人们的关注。苑宝 玲等m 】研究表明高铁t i 0 2 光催化氧化体系能够快速降解水体中的m c 。c h o i 等 【4 1 】采用含氮的t i 0 2 为光催化剂降解m c l r ，结果表明该方法去除m c 的反应效 率是普通t i 0 2 法的3 4 倍。r o b e r t s o n 掣4 2 对t i 0 2 光催化氧化降解藻毒素过程 进行深入的研究。结果表明，利用t i 0 2 光催化剂氧化水中藻毒素的过程中产生 的o h 断开a d d a 侧链中的共轭双键结构，生成毒性较低或无毒的产物。 1 2 3 生物法 由于自然水体和沉积物中普遍存在着大量能降解m c 的细菌，国内外很早 就开展了混合菌群对m c 降解的研究。 m c 在好氧条件下能发生快速降解。会丽娜等【4 3 】发现滇池沉积物对m c s 有 5 武汉理l ：人学硕十学f 眵论文 降解作用，反应速率随反应温度和沉积物量的增加而提高。朱光灿等m 】研究了 不同的生物膜反应器对m c 的去除效率，结果表明三阶生物膜反应器对m c s 的 去除效率高于单阶反应器，并且去除效果较稳定。c o u s i n s 等【4 5 】研究了自然混合 菌群对1 0m g l - 1m c l r 的生物降解，结果在不到一周的时间内，m c l r 即发 生降解。李先宁等【4 6 利用组合介质富集湖水中具有溶藻能力的土著微生物，并 通过对太湖水源地水质的中试研究，证明该方法能有效地消除水体中的m c 。吴 振斌掣47 】考察了2 套人工湿地系统对蓝藻水华水中m c s 的去除效果，结果表明 2 套系统对m c 的去除率分别为6 8 5 和3 4 6 ，对m c - y r 的去除效果较好。 多数学者认为，好氧降解是m c 在环境中去除的主要途径，而缺氧和厌氧 条件下m c 不降解或降解非常缓慢，因此对m c 的转化贡献不大，实际上m c 的缺氧和厌氧生物降解过程同样对m c 的迁移转化有重大影响。陈晓国等【4 8 】研 究了滇池沉积物中的土著微生物对m c 的厌氧降解，发现微生物在厌氧条件下 能快速降解m c l r ，2d 内将5m g l _ 的m c l r 降解到检测限以下，降解过程 中伴随着产物a d d a 的生成。吕锡武等1 4 9 】采用序批式生物膜反应器，对m c r r 、 m c y r 和m c l r 进行了生物降解试验，结果表明，在缺氧条件下m c 也能发 生降解，但降解速率比好氧条件下低许多。h o i s t 等”o j 研究了渗滤池沉积物中 m c 在不同溶解氧条件下的生物降解，发现在缺氧条件下加入硝酸盐能明显促进 m c 的降解，m c 在ld 内从1 0 0l x g l - 1 降到2 0p g l 。以下，并检测到有n 2 0 的 产生，说明在缺氧、厌氧条件下，硝酸盐还原作用是m c 生物降解的一个重要 过程。 此外，一些水生植物对m c 也有一定的去除能力。欧丹云等【5 l 】发现棕鞭藻 ( o c h r o m o n a s 踞) 能够吞噬对铜绿微囊藻细胞，并且对水体中的m c 具有分解能 力，将棕鞭藻与微囊藻混养能够明显促进棕鞭藻的生长，表明水生植物对m c 也有一定的解毒作用。h d a s m o 等1 5 2 】人报道了s i n a p & a l b a l 幼苗可以吸收m c r r 。 p f l u g r n a e h e r 等【5 3 】研究发现m c 能在几种水生植物中积累，挺水植物芦苇可以吸 收并代谢m c 。尹黎燕等阱】研究表明大型沉水植物苦草的根和叶对m c r r 具有 吸收作用，其中苦草的根能够降解m c r r 。 1 3 微囊藻毒素降解过程的研究现状 1 3 1m c 降解菌及降解能力 6 武汉理l ：人学硕卜学位论文 为了深入研究细菌对m c s 的降解途径，更好的利用微生物消除水体中的 m c s ，国内外学者对水体中m c 降解菌的分离工作进行了大量的研究。m c 的环 状结构使其具有相当的稳定性，一般多肽分解酶很难对m c 进行分解，只有一 些特殊微生物菌种具备m c 降解能力。h y e n s t r a n d 等【5 5 】从湖水和沉积物中分离 出大量细菌，研究了其对m c 的降解能力，发现有1 7 菌株能有效的降解m c 。 目前分离得到的m c 降解菌主要分布在四个纲下，分别是变形菌门下的a 变形 菌纲似l p h a p r o t e o b a c t e r i a ) 和d 变形菌纲( b e t a p r o t e o b a c t e r i a ) 、厚壁菌门下的芽孢 杆菌纲( b a c i l l i ) 和放线菌门下的放线菌纲( a c t i n o b a c t e r i a ) 。 q 变形菌纲( a l p h a p r o t e o b a c t e r i a ) 下的m c 降解菌主要分布在s p h i n g o m o n a s 、 s p h i n g o p y x i s 、和s p h i n g o s i n i c e l l a 三个菌属。1 9 9 4 年，j o n e s 等【5 6 j 首次从天然水 体中分离出一株鞘氨醇单胞菌( s p h i n g o m o n a s ) m j p v ，该菌能有效降解m c l r 和m c r r ，但是不能降解节球藻毒素( n o d u l a r i n ) ，当m c 的初始浓度为lm g l - 1 时，毒素降解存在2 8d 的滞后期，浓度大于lm g l 1 时，滞后期明显缩短。s a i t o 等【57 j 从同本k a s u m i g a u r a 湖分离出l 株鞘氨醇单胞菌( s p h i n g o m o n a s ) m d 1 ，该菌 株对m c l r 、m c r r 和m c y r 都有降解能力，降解速率分别为0 6 6h r - 1 、1 9 h f l 、1 2 5h r 。t s u j i 等【5 8 】从日本湖泊中分离得到1 l 株m c 降解菌，选取其中降 解能力最强的b 9 菌，经1 6 s rd n a 鉴定为鞘氨醇单胞菌属( s p h i n g o m o n a s ) ，该 菌株在ld 内可将m c l r 和m c r r 降解到检测限以下。t a k e n a k a 等【5 9 】从日本 湖泊中分离出一株能降解m c l r 降解菌，经初步鉴定为铜绿假单胞菌 ( p s e u d o m o n a sa e r u g i n o s a ) ，深入研究后确定该菌株为鞘氨醇单胞菌 ( s p h i n g o m o n a s ) ，该菌株在2 0d 内能够将5 0m g l m c l r 降解9 5 以上，降解 速率为2 3 2m g l i - d 。a m e 等【删也分离出一株鞘氨醇单胞菌属细菌c b a 4 ，该 菌在3 6h 之内可将初始浓度为2 0 0 昭l 1 的m c r r 完全降解。i s h i i 6 1 】从日本 s u w a 湖中分离出一株鞘氨醇单胞菌7 c y ，4d 内就可将初始浓度为6m g l 。1 的蓝 藻毒素完全降解到检测限以下。l i o n e l 等【6 2 】从生物沙滤池中分离的一株能降解 m c l r 、m c l a 的菌株l h 2 1 ，通过1 6 sr d n a 将该菌株鉴定为s p h i n g o p y x i s 菌属，该菌株能够在4d 内将1 0 肛g l 1 的m c l r 和m c l a 降解到检测限以下。 o k a n o 等1 6 3 】从水华水体中分离得到一株s p h i n g o p y x i s 菌c 1 ，并发现p h 影响该 菌对m c 的降解，该菌在中性p h 值条件下对m c 的降解效率最高。z h a n g 等畔】 从滇池水体中分离得到一株s p h i n g o p y x i s 菌u s t b 0 5 ，该菌株对m c r r 有很强 的降解能力，降解速率为1 6 7m g l - t d 。p a r k 等1 6 5 j 从同本h y p e r t r o p h i c 湖中分 离的到一株m c 好氧降解菌y 2 ，经1 6 sr d n a 鉴定为一个名为s p h i n g o s i n i c e l l a 的新种属细菌，对该菌深入研究发现该菌株与鞘氨醇单胞菌属b 9 的同源性达 7 武汉理i ：人学硕十学位论文 9 9 ，但与b 9 菌不是同一菌属，y 2 菌对m c l r 和m c r r 的最高降解速率分 别为1 3m g l - 1 d _ 和5 4m g l 1 - d 。t o m o k o 等【6 6 从e u t r o p h i c 湖、s u w a 湖和t e n r y u 河流中分离的到3 株m c 降解菌y 2 1 、m d b 2 和m d b 3 ，经1 6 sr d n a 鉴定这3 株菌均属于s p h i n g o s i n i c e l l a 菌属。 p 变形菌纲( b e t a p r o t e o b a c t e r i a ) 下m c 降解菌株主要分布在b u r k h o l d e r i a 菌 属、p a u c i b a c t e r 菌属、m e t h y l o b a c i l l u s 菌属。r a p a l a 等【67 】从沉积物中分离得到 1 3 株p a u c i b a c t e r 菌株，这些菌对微囊藻毒素和节球藻毒素有降解能力，对 m c l r 、m c y r 和节球藻毒素的最大降解速率分别为4 - - 1 6l x g l - 1 h 。1 和3 5 8 7 “g l - i h 一。h u 等【6 s 1 从太湖中分离得到一株m e t h y l o b a c i l l u s 菌j 1 0 ，该菌株能在 1 7h 内将m c l r 和m c r r 降解到检测限一下。 芽孢杆菌纲( b a c i l l i ) 下m c 降解菌株分布在p a e n i b a c i l l u s 菌属。刘海燕等【6 9 】 从南京市附近水华水体中分离得到l8 株对m c l r 有降解能力的菌株，通过1 6 s r d n a 将降解能力最强的菌株s 3 鉴定为类芽孢杆菌( p a e n i b a c i l l u sv a l i d u s ) ，该菌 能在以m c l r 为唯一碳、氮源的培养基中生长，m c l r 在7 2h 内减少7 8 3 。 放线菌纲( a c t i n o b a c t e r i a ) 下m c 降解菌主要分布在a r t h r o b a c t e r 菌属、 b r e v i b a c t e r i u m 菌属和r h o d o c o c c u s 菌属。m a n a g e 等【7 0 】从美国苏格兰地区的雷斯 科比湖、福法尔湖和卡伦河中分离出3 1 株淡水菌，其中有l o 株菌对m c l r 有 降解能力，降解能力较强的9 株菌在3d 内能将5 g m l m c l r 完全降解。 国内的许多学者也从不同的水体中分离得到多株m c 降解菌，但是由于只 是对菌株进行了初步的生理生化鉴定，还无法对这些降解菌进行系统的分类。 周洁等【7 l 】从滇池沉积物中分离出一株食酸戴尔福特菌u s t b 0 4 ( d e l f t i a a c i d o v o r a n s ) ，该菌能在2d 内将初始浓度分别为9 0 2m g l 1 和3 9 6m g l 。的 m c r r 和m c l r 全部降解，同均降解速率分别达4 5 1m g l - 1 和1 9 8m g l 。 闰海等【_ 7