微生物單培養促進產生了蒽醌染料的降解，并通過產生特定的酶形成聯合體

https://doi.org/10.1038/s41598-021-87227-6

第一作者：Smati Sambita Mohanty和Arvind Kumar

通訊作者：斯瓦蒂桑比塔莫漢蒂

通訊單位：印度奧迪沙魯爾凱拉國家技術研究所化學工程系

研究亮點

本研究提出了一種新的生物降解方法，即聯合BP處理含蒽醌染料的紡織廢水。它能使染料完全脫色并將其轉化為無毒的化學形式。而采用傳統的物理法或化學法降解，存在難降解染料及其代謝物去除不徹底、污泥產生量增加、造成二次污染、難以實施的缺點。

成果簡介

開發了細菌聯盟BP，其中包括彎曲芽孢桿菌TS8，奇異變形桿菌PMS和銅綠假單胞菌NCH。所開發的BP聯合體可用于含蒽醌染料的紡織廢水脫色，同時降低其毒性，處理后的廢水的水質可推薦用于農田灌溉。

從生物降解過程中獲得的信息和降解活性染料所涉及的酶機制為蒽醌基染料在環境中的轉化提供了更好的知識，并解決了工業層面的關鍵。

要點一：利用微生物群體在代謝過程中的協同作用，使它們在降解合成染料方面表現出優越的生物降解水平

此研究優化了菌群對染料脫色所需的參數，一個由三種生物組成的發達聯盟，在好氧條件下對工業蒽醌染料靛蒽藍RS和各種染料的混合物進行脫色，單獨評價的三種細菌均為高效染料脫色劑。研究人員將單個菌株的一個接種環(彎曲芽孢桿菌TS8，奇異變形桿菌PMS和銅綠假單胞菌NCH）分別加入100mL營養肉湯中，在30℃有氧條件下培養24小時，將每株菌株的50ml培養24小時無菌地轉移到250ml燒瓶中得到聯合體BP，此過程使純培養物和聯合體中保持相同的細胞數。聯合體BP也被用作脫色研究的接種物。表1中的數據展示了不同蒽醌類染料（100ml）的平均脫色率和聯合體BP的平均脫色率。

研究人員研究了溫度、PH、染料濃度等物理化學因素對難降解靛蒽藍RS染料的脫色效果，并于單獨的純培養物（BF、PM、PA）及BP聯合作用進行了研究。具體實驗數據如表2所示。

表1：不同蒽醌類染料（100ml）的平均脫色率和聯合體BP的平均脫色率

表2：不同溫度、PH和染料濃度下，不同菌株和不同組合BP對靛蒽藍RS的脫色性能和培養時間

要點二：微生物聯合體產生的酶對染料脫色非常有效

微生物利用它們的多功能酶系統使染料脫色。本研究觀察了木質素過氧化物酶、漆酶、酪氨酸酶、NADH-DCIP還原酶和偶氮還原酶對脫色機理的誘導作用，聯合BP培養可顯著誘導細胞內木質素過氧化物酶（375%）、細胞外木質素過氧化物酶（332%）、漆酶（311%）、酪氨酸酶（350%）和偶氮還原酶（507%）的酶活性。三種微生物的協同作用可能導致BP群體中氧化還原酶的高誘導率。這種酶的作用機制使聯合體BP在較短的時間內脫色ind蒽藍RS，這是因為它們提高了存活率、適應性和酶活性，本研究探討了所開發的聯合體和純培養基對各種蒽醌染料的脫色能力。表3是聯合體BP（完全脫色）、彎曲芽孢桿菌TS8、奇異變形桿菌PMS和銅綠假單胞菌NCH中9小時后染料降解酶的活性。

表3

要點三：考察不同菌種的重復脫色并進行生物降解分析

細胞生物量的重復利用是脫色過程中的一個經濟參數。在最佳條件下，考察了不同菌株（BF、PM、PA）和BP聯合體對吲哚蘭RS染料（100mg L）的重復脫色能力。個別菌株脫色可多達3個重復染料循環，聯合體BP可以維持到第7個周期，脫色率和時間要求略有不同，從而增加了聯合體對實際廢水脫色的相關性。圖1說明了從第6周期到第9周期脫色效率的降低，增加了時間要求。微生物培養物進入固定相并相繼進入死亡階段，可能導致脫色逐漸減少，從而導致酶系統的抑制。同樣，在第11個染料循環中沒有觀察到脫色。培養基中營養物質的耗盡可能導致脫色過程的完成。

苯甲酸經歷環分裂和連續轉化，在微生物中產生TCA循環中間產物，苯甲酸作為最終產物的形成表明，通過氧化代謝過程將有毒化合物轉化為無毒化合物。圖2詳細說明了聯合體BP對靛蒽藍RS降解至礦化的詳細路徑

圖1 圖2

小結

我們從這項研究中得出結論，含有靛蒽藍RS染料的紡織廢水經聯合培養物處理后，染料完全降解，用于農業灌溉，表明代謝物產品無毒，這項研究為人類解決紡織廢水做出了重要的貢獻。

參考文獻

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https://doi.org/10.1038/s41598-021-87227-6