哌嗪的测定及其降解菌的筛选与降解特性研究

【摘要】本研究建立了一种柱前衍生化法测定水中哌嗪的检测方法,采用对甲基苯磺酰氯为衍生化试剂,通过高效液相色谱可以准确检测哌嗪含量。采用正交试验优化出最佳衍生化反应条件为：反应温度为55℃、反应时间为10min、反应体系pH为10、衍生剂过量。本研究建立的此方法操作简便,重现性好,结果可靠,可广泛应用于实验室等分析。采用生产哌嗪等医药厂废水处理池中的活性污泥,经过污泥曝气驯化、富集、分离,筛选得到一株能以哌嗪为唯一碳、氮源生长的菌株,命名为TOH。根据表型特征、生理生化特性,结合16SrRNA基因序列同源性比较,将TOH菌株初步鉴定为噬氨副球菌(Paracoccusaminovorahs).菌株TOH在LB液体培养基中生长良好,8h时进入对数生长期,34～54h为稳定生长期；菌株TOH的最适生长温度为30℃,最适pH为7.0～8.0；装液量越少,菌株生长越好,增加溶解氧的量有利于菌体生长；菌株对果糖、木糖、蔗糖、麦芽糖、葡萄糖等有机碳源的利用情况均较好；氮源中利用蛋白胨生长最好,硝态氮、亚硝态氮和铵态氮利用次之。菌株TOH具有耐盐性,NaCl浓度在5-30g/1范围内均能较优地生长,在废水处理应用中具有突出优势。菌株在培养基中培养24h即可降解100mg/L的哌嗪；培养液中的菌株光密度随着哌嗪的降解相应的逐渐上升,并且伴随着氨氮的释放,表明菌株TOH以哌嗪为唯一碳、氮源进行生长。菌株TOH在30℃、pH7.0-8.0条件下降解效果最好,与其生长的最适温度和pH一致；菌株对酸性环境的敏感程度大于碱性环境。哌嗪的起始浓度越低,越容易被菌株利用,降解较快,总体对哌嗪的耐性较高；一定浓度的Mg2+可以促进哌嗪的降解,Co2+、Cd2+、Ni2+对菌株生长抑制程度较大,不利于污染物的降解。外加葡萄糖可以促进菌体生物量的增长和提高哌嗪的降解速率；氯化铵对其影响不大。利用LC-MS检测降解过程中产生的代谢产物,并根据检测结果来探讨可能的生物降解途径。通过质谱分析,推测降解途径为：首先断裂一个C-N键,释放一个NH3,生成N,N-二乙醛-胺；然后另一个C-N键断裂,形成了2-氨基乙醛和乙醛；2-氨基乙醛进一步脱氮,生成乙醛；最后乙醛转化为乙二酸,而后乙二酸进入代谢循环,最终被矿化为二氧化碳和水。通过分别提取哌嗪降解菌TOH的胞内粗酶液和胞外粗酶液,并对胞内粗酶液和胞外粗酶液对哌嗪的降解活性进行研究,发现胞外粗酶液对哌嗪的降解活性较高,而胞内粗酶液对哌嗪的降解活性较低。因此,初步确定该降解酶属于胞外酶。
【作者】李欣；
【导师】蔡天明；
【作者基本信息】南京农业大学，环境科学，2013，硕士
【关键词】无水哌嗪；衍生化；副球菌属TOH；微生物降解；代谢途径；

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