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一株三氯卡班降解菌及其應(yīng)用的制作方法

文檔序號(hào):12857846閱讀:558來(lái)源:國(guó)知局
一株三氯卡班降解菌及其應(yīng)用的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及微生物及其生物降解應(yīng)用領(lǐng)域,具體的說(shuō),本發(fā)明涉及一株三氯卡班降解菌及其應(yīng)用。



背景技術(shù):

氯代芳香烴三氯卡班(化學(xué)名稱n-(4-氯苯基)-n-(3,4-二氯苯基)脲),為一種被廣泛添加到人們?nèi)粘I钣闷分械目咕鷦?,?duì)革蘭氏陽(yáng)性菌、陰性菌和真菌都有較好的抑菌作用。由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定及強(qiáng)疏水性,隨生活污水排放的三氯卡班經(jīng)傳統(tǒng)的污水處理過(guò)程不能被徹底去除,而主要吸附于剩余污泥并隨之排放到環(huán)境中。剩余污泥的農(nóng)田回用或填埋,導(dǎo)致三氯卡班進(jìn)一步轉(zhuǎn)移至土壤、沉積物當(dāng)中,在各地的水體、沉積物環(huán)境中被頻繁檢出,給人類健康和環(huán)境帶來(lái)了多方面的危害。三氯卡班不僅會(huì)影響水生生物的活性,且影響動(dòng)物的生殖能力和內(nèi)分泌系統(tǒng),三氯卡班及其多種轉(zhuǎn)化產(chǎn)物為潛在的誘癌物,同時(shí)作為抗菌劑,三氯卡班也具有潛在的誘發(fā)微生物抗性基因產(chǎn)生和轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)三氯卡班在我國(guó)乃至全球開(kāi)始得到廣泛的關(guān)注。基于三氯卡班的污染范圍廣且相對(duì)濃度低的特點(diǎn),其他治理方法難度大,成本高,因此,利用微生物降解去除三氯卡班是一種經(jīng)濟(jì)有效的途徑,對(duì)減少其引起的環(huán)境污染與降低其導(dǎo)致的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。目前,有關(guān)三氯卡班的降解菌篩選和降解路徑報(bào)道較少,僅sphingomonassp.yl-jm2c和ochrobactrumsp.mc22兩株菌被報(bào)道具有三氯卡班的降解能力,但其降解效率相對(duì)較低且能耐受的三氯卡班濃度較低。而有關(guān)三氯卡班的降解基因還未見(jiàn)報(bào)道。因此,篩選高效的三氯卡班降解菌,明確其降解路徑與降解關(guān)鍵功能基因,將為三氯卡班污染環(huán)境的生物修復(fù)等研究提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

有鑒于此,本發(fā)明的目的在于為三氯卡班降解菌種資源提供新成員,彌補(bǔ)降解路徑與功能基因的空缺,而提供一株三氯卡班降解菌,所述的三氯卡班降解菌可以降解4,4’-二氯苯基脲和雙苯基脲、敵稗、利谷隆、苯胺靈、氯苯胺靈、除蟲(chóng)脲、4-氯苯基脲、4-溴苯基脲、1-(3,4-二溴苯基)脲、乙酰苯胺、對(duì)乙酰氨基酚和氯吡脲等。

為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供一株三氯卡班降解菌,其為蒼白桿菌(ochrobactrumsp.),其保藏編號(hào)為cgmccno.14087。

本發(fā)明所提供的三氯卡班降解菌命名為tcc-1,其保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心,地址為北京市朝陽(yáng)區(qū)北辰西路1號(hào)院3號(hào),保藏日期為2017年5月2日,保藏編號(hào)為cgmccno.14087。

本發(fā)明所提供的三氯卡班降解菌tcc-1的主要生物學(xué)特征為:革蘭氏陰性,菌體呈短桿狀,周生鞭毛,菌落呈乳白色、邊緣整齊且光滑。

本發(fā)明所提供的三氯卡班降解菌tcc-1的16srrna基因序列如seqidno.1所示。

本發(fā)明所提供的三氯卡班降解菌tcc-1,其基因組中含有酰胺酶編碼基因tcca,該基因通過(guò)鳥(niǎo)槍法基因文庫(kù)策略克隆得到,該基因的大小為1425bp,其基因序列如seqidno.4所示。

本發(fā)明還提供所述三氯卡班降解菌在微生物降解領(lǐng)域的應(yīng)用。

其中,所述應(yīng)用包括降解三氯卡班(tcc)、三氯卡班的脫氯同系物或含有酰胺鍵的化合物底物。

優(yōu)選地,所述三氯卡班的脫氯同系物包括4,4’-二氯苯基脲和雙苯基脲。

優(yōu)選地,所述含有酰胺鍵的化合物底物包括敵稗、利谷隆、苯胺靈、氯苯胺靈、除蟲(chóng)脲、4-氯苯基脲、4-溴苯基脲、1-(3,4-二溴苯基)脲、乙酰苯胺、對(duì)乙酰氨基酚和氯吡脲。

優(yōu)選地,所述降解是在好氧條件下或在厭氧條件下進(jìn)行,其中,在厭氧條件下進(jìn)行時(shí),所述三氯卡班降解菌利用硝酸鹽作為末端電子受體,在提供可利用電子供體和能源時(shí)生長(zhǎng)且伴隨三氯卡班、三氯卡班的脫氯同系物或含有酰胺鍵的化合物底物的降解。

優(yōu)選地,所述降解是在溫度為20-40℃,ph為5.2-9.0的基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中進(jìn)行。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)例中,本發(fā)明所提供的三氯卡班降解菌tcc-1,在溫度為30℃,初始ph為6.6-7.0的基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中,好氧情況下72h內(nèi)完全水解10mg/l的三氯卡班,斷裂三氯卡班的雙酰胺鍵形成易生物降解的4-氯苯胺和3,4-二氯苯胺產(chǎn)物,具有很高的降解效率,具有良好的生物修復(fù)應(yīng)用潛力。

在本發(fā)明的另一較佳實(shí)例中,本發(fā)明所提供的三氯卡班降解菌tcc-1,在溫度為30℃,初始ph為6.6-7.0的基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中,厭氧情況下以1.5mm硝酸鹽為電子受體,15mm乙酸鈉為電子供體、能源和碳源,80h內(nèi)可水解5mg/l的三氯卡班,48h內(nèi)可水解5mg/l的雙苯基脲,96h內(nèi)可水解5mg/l的4,4’-二氯苯基脲。

在本發(fā)明的又一較佳實(shí)例中,本發(fā)明所提供的三氯卡班降解菌tcc-1,在溫度為30℃,初始ph為6.6-7.0的基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中,可以水解敵稗,利谷隆,苯胺靈,氯苯胺靈,除蟲(chóng)脲,4-氯苯基脲,4-溴苯基脲,1-(3,4-二溴苯基)脲,乙酰苯胺,對(duì)乙酰氨基酚和氯吡脲等的酰胺鍵,分別得到3,4-二氯苯胺,3,4-二氯苯胺,苯胺,3-氯苯胺,4-氯苯胺與2,6-二氟苯甲酸,4-氯苯胺,4-溴苯胺,3,4-二氯苯胺,苯胺,對(duì)氨基苯酚,苯胺與4-氨基-2氯吡啶。

本發(fā)明所提供的三氯卡班降解菌tcc-1,如上所述的基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基配方為:nacl1g,nh4cl1g,k2hpo41.5g,kh2po40.5g,mgso4·7h2o0.2g,補(bǔ)足蒸餾水至1000ml。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:

1、本發(fā)明的菌株(ochrobactrumsp.tcc-1)可以有效降解的溫度范圍為20-40℃,有效的ph范圍為5.2-9.0,好氧與厭氧條件下均有降解能力,可以很好的適應(yīng)自然條件下的工程應(yīng)用,且可降解的含酰胺鍵底物種類多。

2、本發(fā)明的菌株(ochrobactrumsp.tcc-1)可以有效轉(zhuǎn)化三氯卡班等多種難降解污染物為易于降解的(氯)苯胺類,對(duì)以上污染物的去除降解意義重大。

附圖說(shuō)明

圖1顯示蒼白桿菌(ochrobactrumsp.)tcc-1菌株的透射電鏡照片;

圖2顯示基于16srrna基因構(gòu)建的蒼白桿菌(ochrobactrumsp.)tcc-1菌株的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù);

圖3顯示蒼白桿菌(ochrobactrumsp.)tcc-1菌株在好氧條件下對(duì)三氯卡班的降解結(jié)果;

圖4顯示蒼白桿菌(ochrobactrumsp.)tcc-1菌株在厭氧條件下對(duì)三氯卡班(tcc)的降解結(jié)果;

圖5顯示蒼白桿菌(ochrobactrumsp.)tcc-1菌株在厭氧條件下對(duì)4,4’-二氯苯基脲(dcc)及雙苯基脲(ncc)的降解結(jié)果;

圖6顯示蒼白桿菌(ochrobactrumsp.)tcc-1菌株對(duì)三氯卡班的降解產(chǎn)物質(zhì)譜鑒定圖;

圖7顯示蒼白桿菌(ochrobactrumsp.)tcc-1菌株的tcca基因擴(kuò)增電泳圖。

生物材料保藏信息

本發(fā)明提供的蒼白桿菌ochrobactrumsp.tcc-1菌株,已于2017年5月2日保藏在中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心(cgmcc),保藏地址:北京市朝陽(yáng)區(qū)北辰西路1號(hào)院3號(hào),郵編:100101。該菌株的保藏編號(hào)為:cgmccno.14087。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合具體實(shí)施例,并參照附圖,對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

下述實(shí)施例中所用的化學(xué)試劑均為市售分析純及以上,三氯卡班、4-氯苯胺和3,4-二氯苯胺等標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)自西格瑪(sigma-aldrich,美國(guó))、阿拉丁試劑公司(上海)和百靈威科技(上海)等。三氯卡班及其他底物采用丙酮配制為高濃度母液備用。

基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基的配方為:nacl1g,nh4cl1g,k2hpo41.5g,kh2po40.5g,mgso4·7h2o0.2g,補(bǔ)足蒸餾水至1000ml,采用高溫高壓滅菌處理后備用。

實(shí)施例1三氯卡班降解菌tcc-1的分離、鑒定及其對(duì)三氯卡班的好氧降解

1.1菌株分離純化

菌源采自北京某污水處理廠的剩余污泥,20mg/l的tcc以母液加入到150ml的錐形瓶中,首先揮發(fā)去除丙酮,然后再加入50ml的滅菌基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基(內(nèi)含0.05%酵母浸出物),分別接入大約5g的泥水混合樣,置于30℃恒溫?fù)u床培養(yǎng),轉(zhuǎn)速150rpm。培養(yǎng)7-8天后,以類似的方法準(zhǔn)備培養(yǎng)基,分別轉(zhuǎn)接10%體積的富集液到新鮮的培養(yǎng)基中。連續(xù)轉(zhuǎn)接5次后,測(cè)定富集液的降解效果。以含三氯卡班20mg/l的lb平板,采用稀釋平板法、劃線分離法分離和純化菌株。從中挑選形態(tài)不同的菌落,于基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中確定其降解三氯卡班的能力。

1.2菌株鑒定

于富集液中分離出一株三氯卡班降解菌,將分離純化的菌株進(jìn)行簡(jiǎn)單生理生化分析和16srrna基因測(cè)序鑒定,該菌株透射電鏡觀察如圖1所示,該菌株主要生物學(xué)特征為:革蘭氏染色反應(yīng)陰性,菌體呈短桿狀,周生鞭毛,菌落呈乳白色、邊緣整齊且光滑。其序列高度相似于ochrobactrum菌屬,其16srrna基因序列如序列表中seqidno.1所示,系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(shù)如圖2所示。結(jié)合其生理生化特征,該菌被鑒定為ochrobactrumsp.,命名為ochrobactrumsp.tcc-1。該菌交送中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心(北京市朝陽(yáng)區(qū)北辰西路1號(hào)院3號(hào),中國(guó)科學(xué)院微生物研究所)進(jìn)行保藏,保藏日期為2017年5月2日,保藏編號(hào)為cgmccno.14087。

1.3三氯卡班降解菌對(duì)三氯卡班的好氧降解

菌懸液制備:將純化的菌株于lb培養(yǎng)基(蛋白胨10.0g,酵母粉5.0g,nacl10.0g,蒸餾水1000ml)中培養(yǎng)至對(duì)數(shù)后期,通過(guò)離心收集菌體,棄培養(yǎng)基后采用無(wú)菌基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基重懸洗滌3次,每次以離心收集菌體,最后采用無(wú)菌基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基重懸,初始接種量以od600值計(jì)。

降解菌對(duì)三氯卡班的降解:于50ml的錐形瓶中以母液的形式加入底物tcc10mg/l,待有機(jī)溶劑揮發(fā),再裝入20ml的無(wú)菌mm培養(yǎng)基,接種一定菌懸液,30℃恒溫震蕩培養(yǎng),每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù),以不加菌和不加底物的培養(yǎng)基為對(duì)照。三氯卡班的降解如圖3所示,測(cè)定結(jié)果表明,三氯卡班降解菌tcc-1于72h內(nèi)基本降解全部三氯卡班,主要積累兩個(gè)產(chǎn)物,利用uplc-ms進(jìn)行鑒定。液相條件為:乙腈和水以0.2ml/min梯度洗脫,0-10min:乙腈由初始的10%增加到90%,維持2min,后于0.5min內(nèi)恢復(fù)初始比例;質(zhì)譜條件為毛細(xì)管電壓3kv,去溶劑氣溫度350℃,氣流量900l/h,噴霧氣和碰撞氣均為氮?dú)?,其他等同于常?guī)設(shè)定,確認(rèn)產(chǎn)物為4-氯苯胺和3,4-二氯苯胺,鑒定結(jié)果如圖4所示。

1.4培養(yǎng)溫度和ph對(duì)三氯卡班降解菌的影響

培養(yǎng)溫度的影響:考察不同的培養(yǎng)溫度(20,25,30,40℃)對(duì)三氯卡班降解菌tcc-1降解三氯卡班的影響,基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中三氯卡班初始濃度為20mg/l,72h后測(cè)定培養(yǎng)液中三氯卡班的殘留以及產(chǎn)物4-氯苯胺和3,4-二氯苯胺的形成濃度,不同溫度下tcc的去除率(72h)都可達(dá)90%,30℃下底物tcc的去除率,4-氯苯胺和3,4-二氯苯胺產(chǎn)物的形成率相對(duì)較高,與其他溫度下無(wú)明顯差異。

初始ph的影響:考察不同的初始ph值(5.2,6.7,8.0,9.0)對(duì)三氯卡班降解菌tcc-1降解三氯卡班的影響,基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中三氯卡班初始濃度為20mg/l,72h后測(cè)定培養(yǎng)液中三氯卡班的殘留以及產(chǎn)物4-氯苯胺和3,4-二氯苯胺的形成濃度,ph值在6.7條件下底物tcc的去除率,4-氯苯胺和3,4-二氯苯胺產(chǎn)物的形成率相對(duì)較高,與其他ph值下無(wú)明顯差異。

不同溫度和ph條件下的降解顯示,三氯卡班降解菌tcc-1可以在溫度范圍20-40℃,ph值范圍5.2-9.0條件下有效降解三氯卡班。

實(shí)施例2三氯卡班降解菌tcc-1厭氧降解三氯卡班、4,4’-二氯苯基脲及雙苯基脲

厭氧培養(yǎng)基的準(zhǔn)備:基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中補(bǔ)充1.5mm的硝酸鉀以及15mm的乙酸鈉,充分溶解后,通入高純氮?dú)庖猿酰捎脜捬跞芊馀囵B(yǎng)瓶,高溫高壓滅菌。

以上準(zhǔn)備的厭氧培養(yǎng)基中,以母液的形式分別加入5mg/l的三氯卡班、4,4’-二氯苯基脲及雙苯基脲,將實(shí)施例1中篩選的菌株tcc-1接種到厭氧的基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中,初始o(jì)d600值約0.035,每組3個(gè)重復(fù),觀察生物量的變化以及以上底物的降解。

連續(xù)監(jiān)測(cè)三氯卡班、4,4’-二氯苯基脲及雙苯基脲的轉(zhuǎn)化如圖5和6所示,結(jié)果表明,三氯卡班降解菌ochrobactrumsp.tcc-1可以在厭氧條件下以硝酸鹽作為電子受體生長(zhǎng)并且水解以上底物,形成產(chǎn)物4-氯苯胺、3,4-二氯苯胺和苯胺,硝酸鹽經(jīng)亞硝酸鹽被還原為氮?dú)?,為后續(xù)該菌在厭氧環(huán)境中發(fā)揮降解作用奠定了基礎(chǔ)。

實(shí)施例3三氯卡班降解菌tcc-1降解基因tcca的克隆

3.1細(xì)菌基因組總dna的提取

三氯卡班降解菌tcc-1大量培養(yǎng)后,采用ctab法提取高純度、大片段的基因組dna,提取方法參考f.奧斯伯等編的《精編分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指南》。

3.2總dna的酶切

ochrobactrumsp.tcc-1的總dna采用sau3ai部分酶切。

3.3dna片段的回收

酶切后的dna片段通過(guò)電泳(tae緩沖液)進(jìn)行分離純化,采用dna回收試劑盒(天根,北京)進(jìn)行回收,回收的dna溶于te緩沖液(ph8.0)中,置于-20℃保藏。

3.4酶連

建立如下反應(yīng)體系:puc118(bamhi)(takara,code:d3321)0.5μl

回收dna片段5μl

10×t4dna連接酶緩沖液1μl

t4dna連接酶0.5μl

加雙蒸水至10μl

16℃溫育12h

3.5轉(zhuǎn)化及篩選

采用一種含酰胺鍵化合物對(duì)乙酰氨基酚作為目標(biāo)酰胺酶的初篩標(biāo)記,對(duì)乙酰氨基酚(無(wú)色)在酰胺鍵斷裂后易形成褐色的對(duì)氨基苯酚。10μl酶連產(chǎn)物轉(zhuǎn)化100μl大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞(天根,code:cb101),具體方法參考f.奧斯伯等編的《精編分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指南》。涂布含有抗生素氨芐青霉素(100mg/l)的lb平板,37℃培養(yǎng)12h以上。待菌落長(zhǎng)到一定大小時(shí),將其影印到含有對(duì)乙酰氨基苯酚(200mg/l)和氨芐青霉素(100mg/l)的lb平板上,37℃繼續(xù)培養(yǎng)24h以上,選擇產(chǎn)生褐色的克隆子驗(yàn)證能否降解三氯卡班??寺∽訉?duì)三氯卡班的降解實(shí)驗(yàn)方法見(jiàn)實(shí)施例1中1.3三氯卡班降解菌對(duì)三氯卡班的好氧降解。

3.6基因核苷酸序列的擴(kuò)增與測(cè)定

將3.5中獲得的有三氯卡班降解能力的陽(yáng)性克隆子委托寶生物工程(大連)有限公司進(jìn)行,序列經(jīng)ncbi在線orf分析,同源性比對(duì)后,其中一個(gè)orf預(yù)測(cè)負(fù)責(zé)三氯卡班酰胺鍵水解,對(duì)菌株基因組中該片段進(jìn)行pcr擴(kuò)增,所用引物為:tcca-f(5'-cgtcctcccgcatatgactgctaccgacgagttgta-3'(seqidno.2),tcca-r(5'-tccatcggatgctggaagggtccagga-3'(seqidno.3),由上海生工生物工程股份有限公司合成。

pcr擴(kuò)增體系為25μl,各組分的體積為2×gcbuffer12.5μl,dntp(25mm)2μl,引物(25μm)各0.5μl,dna模板0.5μl,lataq酶(5u/μl)0.25μl,超純水8.75μl。

pcr的擴(kuò)增程序?yàn)椋?1)預(yù)變性,94℃5min;(2)變性,94℃45s,退火,58℃45s,延伸,72℃90s,30個(gè)循環(huán);(3)延伸,72℃10min。pcr產(chǎn)物經(jīng)1.0%瓊脂糖凝膠電泳觀察,結(jié)果見(jiàn)圖7。

擴(kuò)增的序列被定義為具水解三氯卡班雙酰胺鍵功能的基因,命名為tcca,其核苷酸序列為seqidno.4,根據(jù)酰胺酶基因tcca核苷酸序列所推導(dǎo)得到的474個(gè)氨基酸序列為seqidno.5,對(duì)應(yīng)翻譯得到的蛋白tcca能夠水解三氯卡班的雙酰胺鍵。

以上所述的具體實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明,應(yīng)理解的是,以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已,并不用于限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

序列表

<110>中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心

<120>一株三氯卡班降解菌及其應(yīng)用

<130>ib178265

<160>5

<170>patentinversion3.5

<210>1

<211>1444

<212>dna

<213>ochrobactrumsp.

<400>1

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