一種提高小球藻對(duì)苯酚耐受性和降解率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及微藻生物技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種既能提高小球藻對(duì)高濃度苯酪的 耐受性，又能提高小球藻對(duì)高濃度苯酪降解率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水是生命之源，然而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平日益提高，冶金、化工、電鍛、 造紙、印染、制革等行業(yè)隨之迅速發(fā)展，各種有毒有機(jī)物的排放量日益增多。酪類化合物主 要存在于煉油、煤氣洗涂、煉焦、造紙、合成氨、木材防腐、石油化工、化學(xué)、制藥、油漆、涂料、 塑料農(nóng)藥等工業(yè)廢水中。苯酪是一種高毒物質(zhì)，可W通過(guò)皮膚接觸或經(jīng)口腔進(jìn)入人體，與細(xì) 胞原漿中的蛋白質(zhì)接觸形成不溶性蛋白而使細(xì)胞失去活性，對(duì)皮膚和粘膜具有強(qiáng)烈的腐蝕 作用，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)也具有較大的危害。
[0003] 工業(yè)廢水中苯酪濃度范圍為600-42000mg/l，文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室中使用的 菌類（芽抱桿菌）能處理的最大苯酪濃度為2000mg/l，其對(duì)苯酪的降解率為10.42% [Banerjee,A.andA.K.Ghoshal,PhenoldegradationbyBacilluscereus:Pathwayand kineticmodeling.BioresourceTechnology, 2010. 101 (14) :p. 5501-5507]，實(shí)驗(yàn)室中使 用的微藻（小球藻）能處理的最大苯酪濃度為700mg/l，初始接種密度為6. 3g/L時(shí)能將濃 度為 800mg/L的苯酪經(jīng)過(guò) 8 天能被完全降解[Klekner,V.andN.Kosaric,DEGRADATIONOF P肥NOLSBYALGAE.化vironmentalTechnology，1992. 13 巧）：p. 493-501.]，但其初始接種 密度為3. 4g/l，需要大約7天能將700mg/L苯酪完全降解。鋼鐵工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 企業(yè)廢水總排放口要求揮發(fā)酪的含量應(yīng)<0. 5mg/l，因此，尋找一種簡(jiǎn)單、高效、快捷的含苯 酪廢水處理方法至關(guān)重要。
[0004] 20 世紀(jì) 50 年代，Oswald等[Oswal抓J，GotaasHB，GoluekeCG，etal.Algae inwastetreatment[J].SewageandIndustrialWastes, 1957,29(4):437-457.]提出利用 微藻處理污水，奠定了藻類污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)。
[0005] 苯酪廢水流入江河，可導(dǎo)致魚(yú)類大量死亡，從而破壞水體的氧平衡。藻類不僅可W 降解苯酪，還可W通過(guò)光合作用產(chǎn)生大量氧氣，減少水中生物的死亡及水體因缺氧而產(chǎn)生 的惡臭氣味。此外，藻類能夠去除廢水中含氮、含憐化合物，減少水體富營(yíng)養(yǎng)化，同時(shí)能夠富 集重金屬離子，降解有毒有機(jī)物。利用藻類處理廢水具有凈化效率高、系統(tǒng)建造運(yùn)行費(fèi)用 低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。因此，用藻類處理污水[VoleskyB,SchiewerS.In=FlickingerMC Drew(eds),Encylopediaofbioprocessengingeering.Wiley,NewYork, 1999:433-453.] 在水質(zhì)的改善中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
[0006] A.比Scragg[Scragg,A.吐，TheeffectofphenolonthegrowthofChlorella vulgarisandChlorellaVT-1.EnzymeandMicrobialTechnology, 2006. 39(4) :p. 796-799.]分別W不同濃度（0mg/L、100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L)苯酪培養(yǎng) 兩種小球藻，發(fā)現(xiàn)兩種小球藻均能降解苯酪，但是苯酪濃度為400mg/L時(shí)，兩種小球藻生 長(zhǎng)均受到抑制。HIROOKA等出irooka,T.,etal.,Removalofhazardousphenolsby microalgaeunderphotoautotrophicconditions.JournalofBioscienceandBioeng ineering，2003. 95(2) :p. 200-203.]在光合自養(yǎng)條件下，W2, 4-二硝基苯酪培養(yǎng)小球藻發(fā) 現(xiàn)，5d后90%的40yM的硝基酪和DNP被完全去除，氯酪和2, 4-二氯苯酪也可W被去除， 但去除效果不明顯。AbelE.化varro等陽(yáng)avarro,A.E.,etal.,EffectofpHon地enol biosorptionbymarineseaweeds.JournalofHazardousMaterials, 2008. 156 (I-3) :p. 405-411.]研究初始抑對(duì)兩種海藻降解苯酪的影響發(fā)現(xiàn)，抑為10時(shí)，兩種海藻對(duì)苯 酪的降解率分別為10 %、35 %，并且兩種海藻對(duì)苯酪的降解依賴于溶液初始pH。
[0007] 現(xiàn)有的關(guān)于小球藻降解高濃度苯酪的研究存在兩大問(wèn)題，一是小球藻的初始接種 密度過(guò)高，二是小球藻對(duì)高濃度苯酪的耐受性較差，降解率不高。因此，我們提出對(duì)小球藻 進(jìn)行適應(yīng)性進(jìn)化的實(shí)驗(yàn)方法，該方法既能提高在較低細(xì)胞接種密度下小球藻對(duì)高濃度苯酪 的耐受性，又能提高小球藻對(duì)高濃度苯酪的降解率。
[0008] 所謂的實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)性進(jìn)化是使微生物在某一特定條件下持續(xù)處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期狀 態(tài)。在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)，細(xì)胞增殖快，容易發(fā)生遺傳物質(zhì)的重組并且容易產(chǎn)生適宜外界條件變 化的種株。它是一種廣泛存在的、能夠增強(qiáng)微生物潛在途徑、表型優(yōu)化及環(huán)境適應(yīng)性。實(shí)驗(yàn) 室環(huán)境條件下，微生物的適應(yīng)性進(jìn)化實(shí)驗(yàn)可W作為研究進(jìn)化的工具，也可W作為工業(yè)開(kāi)發(fā) 新菌株的手段。
[0009] Fu等[Fu,W.Q.,加dmundsson, 0. ,Feist,A.M. ,Herjolfsson,G. ,B;rynjolfS son,S.,Palsson,B. ,2012.Maximizingbiomassproductivityandcelldensity ofChlorell曰vulg曰risbyusinglight-emittingdiode-b曰sedphotobiore曰ctor. J.Biotechnol. 161，242 - 249.]在國(guó)際上首先報(bào)道了小球藻在光生物反應(yīng)器內(nèi)的適應(yīng)進(jìn) 化，他對(duì)普通小球藻進(jìn)行38個(gè)周期（114天）的不斷增加光照強(qiáng)度及C〇2通氣速率（2. 5 -9. 5% (v/v))實(shí)驗(yàn)。C〇2通氣速率進(jìn)化試驗(yàn)結(jié)束后，小球藻的生長(zhǎng)速率由0.84曲CW/L/day 增加到到1. 75曲CW/L/day;光照強(qiáng)度進(jìn)化試驗(yàn)結(jié)束后，小球藻的生物量在第4個(gè)周期時(shí) 達(dá)到最大為 1. 32曲CW/E?；萚化,W.Q. ,Gu血undsson, 0.,化glia,G. ,Herjolfsson,G. ,Andresson,Q.S. ,Palsson,B. 0. ,Brynjolfsson,S. , 2013.Enhancementofcarotenoid biosynthesisinthegreenmicroalgaDunaliellasalinawithlight-emittingdiodes andadaptivelaboratoryevolution.Appl.Microbiol.Biotechnol. 97, 2395 - 2403.]將 鹽生杜氏藻在紅光（128iiE/m2/s)、藍(lán)光（42iiE/m2/s)組合下進(jìn)行16個(gè)周期的實(shí)驗(yàn)室適應(yīng) 性進(jìn)化發(fā)現(xiàn)，0 -胡蘿h素和葉黃素的含量分別比原始值增加了 3. 3、2. 3倍，生長(zhǎng)速率平均 增加0. 40 + 0.Ol曲CW/L/day，生物量平均增加0. 27 + 0.Ol曲CW/E，大約是初始值的1. 8倍。 Yu等[YuS,ZhaoQ,MiaoX,etal.Enhancementoflipidproductioninlow-starch mutantsChlamydomonasreinhardtiibyadaptivelaboratoryevolution[J]. Bioresourcetechnology, 2013, 147:499-507.]采用萊茵衣藻的S個(gè)淀粉合成缺陷藻株在 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化后發(fā)現(xiàn)，=者的生長(zhǎng)速率較未進(jìn)化的藻株加快，生物量分別是未進(jìn)化藻株 的 1. 17、1.33、1.48 倍，油脂產(chǎn)量分別從 32%、24. 27%增加到 36. 67%、44. 67%。
[0010] 本專利和上述研究不同，研究對(duì)象為不能耐受且不能降解高濃度苯酪的小球藻， 適應(yīng)性進(jìn)化后，不僅使得小球藻的生長(zhǎng)速率明顯增加，而且小球藻能夠耐受并且降解的苯 酪的濃度也顯著提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 鑒于W上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種提高小球藻對(duì)苯酪的 耐受性和降解率的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中小球藻的初始接種密度過(guò)高且小球藻對(duì)高濃 度苯酪的耐受性較差W及降解率不高的問(wèn)題。
[0012] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種提高小球藻對(duì)苯酪的耐受性和 降解率的方法，所述方法至少包括如下步驟：
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