氯过氧化物酶与苯酚降解菌株的协同降解动力学研究
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摘要：
氯过氧化物酶（CPO）催化苯酚与H2O2发生过氧化反应生成邻苯二酚，能减轻苯酚对降解菌株的抑制作用，加快降解菌株对苯酚的生物降解.实验结果表明：在2 h内适量的H2O2存在时10 U/L的CPO可以使300 mg/L苯酚降解率达到67.85%，而CPO与降解菌株协同作用下苯酚降解率则可达到70.72%，比单一菌株降解率8.52%提高了62.2%.在降解体系中补充邻苯二酚进一步揭示了CPO氧化苯酚的中间产物有利于菌体细胞形成共基质效应，提高细胞的苯酚生物降解效率.降解动力学分析显示：在苯酚质量浓度为100～1 200 mg/L时，CPO与菌株协同降解体系的最大比降解速率qmax=0.000195 h-1，基质饱和常数Ks=1.0501 mg/L，基质抑制常数KI=5.1272 mg/L.
关键词：
氯过氧化物酶； 过氧化作用； 协同生物降解； 苯酚残留； 降解动力学
中图分类号： X 506文献标志码： A文章编号： 10005137（2017）04045307
Abstract：
Chloroperoxidase （CPO） can catalyze phenol reacting peroxide reaction generating with H2O2 to catechol，which can reduce the inhibitory effect of phenol degradating generating bacterial strains.At the meantime，it can accelerate the rate of phenol"s biodegradation.The results show that 10 U/L of CPO has 67.85% conversion rate of 300 mg /L phenol within 2 h with an appropriate amount of H2O2.While the degradation rate of phenol degradation under synergy of strain and CPO is up to 70.72%，increased by 62.2% comparing with a single strain degradation rate （8.52%）.Supplementary catechol in the reaction system can further verified that the intermediate products can be good for forming the cosubstrate effect in bacteria，thereby improving the phenol degradation efficiency of biological bacterial cells.Biodegradation dynamics analysis shows that the maximum specific degradation rate of the CPO and strain synergistic.The maximum specific degradation rate qmax=0.000195 h-1，the matrix saturation constant Ks =1.0501 mg/L，and the substrate inhibition constant KI = 5.1272 mg/L when phenol concentration in the range of 100～1 200 mg/L.
Key words：
Chloroperoxidase； peroxidation； synergistic biodegradation； phenol residues； degradation dynamics
0引言
苯酚是許多化工废水的主要污染成分[1-4]，苯酚结构中羟基化学性质活泼，苯环结构稳定，因此即使在低剂量污染的状态下，苯酚也会快速与蛋白质等生物活性物质发生反应，同时还会通过食物链的富集效应在生物体中积累，对生物体产生毒害作用[5-6].生物降解苯酚是解除苯酚污染的主要手段，目前对苯酚生物降解的研究多集中在高效降解菌株的筛选和选育等方面[7-10].由于微生物通常需要几小时甚至几十小时的延滞期才能在细胞内合成降解苯酚的酶系，对苯酚污染的生物危害解除速度慢，而且高浓度苯酚也会对降解菌株的生长产生明显的抑制作用[11]，影响了生物降解苯酚的效率.
有报道研究了过氧化酶对苯酚、氟酚等芳香族化合物的氧化作用[12-17]，其中以辣根过氧化物酶（Horseradish Peroxidase，HRP）的研究最多[18].近年来，氯过氧化物酶（Chloroperoxidase，EC 1.11.1.10，CPO）被用于染料氧化脱色[19-20]、芳烃氯化或脱氯[21-22]等方面的研究，具有良好的应用效果.CPO是一种含有高铁（IX）原卟啉为辅基的血红素糖蛋白[24]，其结构的多重性赋予了CPO具有广泛的底物适应性，可以催化卤素离子、芳香族化合物、脂肪族化合物和醇类化合物等进行过氧化反应[25-26].已有的研究显示CPO可以更加快捷地钝化芳烃物质化学活泼性，有利于提高微生物对芳烃的可生化性能，对芳烃污染环境的生态修复具有重要的作用[27-29].本研究运用CPO与苯酚降解菌混合处理苯酚废水，探讨CPO与微生物菌株协同降解苯酚的特征，建立一种快速减少苯酚污染的生物毒性，提高苯酚降解速率的复合降解途径.
1材料与方法