范娇,谢学辉,秦艳,陈小光,方英荣,杨珊珊,赵江贵,莫浩楠,郑航蜜,刘娜,张庆云,宋新山
(1 东华大学环境科学与工程学院,国家环境保护纺织工业污染防治工程技术中心,中国纺织工业联合会纺织行业污染治理与减排技术重点实验室,上海 201620;2 上海污染控制与生态安全研究院,上海 200092;3 宿州学院环境与测绘工程学院,安徽宿州 234000;4 安徽工程大学化学与环境工程学院,安徽芜湖 241000)
随着经济社会的发展,人们生活水平的提高,染料广泛应用于纺织工业中,由于染料极易溶于水,在纺织印染过程中,有10%~30%的染料残留在工业废水中,这些染料及其中间体对生态环境和人体健康造成了严重破坏。染料根据其结构可以划分为偶氮类染料、蒽醌类染料以及三苯甲烷类染料,其中偶氮类染料依据其偶氮键的个数可分为单偶氮类染料、双偶氮类染料和三偶氮类染料。偶氮类染料是含有偶氮键数目最多的一类染料,因其数量大、色彩种类丰富、易染色、稳定等特点而广泛应用于纺织行业。蒽醌类染料是仅次于偶氮类染料的第二大合成类染料,由于其包含蒽醌发色团体,故而使得其比偶氮类染料更难降解。三苯甲烷类染料广泛应用于纺织印染工业和海鲜产品的防腐工业中,由于其稳定的苯环结构而在废水中长期稳定存在,生物脱色率普遍较低。
微生物在其他可利用碳源存在的条件下能够分解不能作为其生长基质物质的过程称为共代谢。微生物的共代谢作用广泛地应用于印染废水处理过程中,向微生物系统中施加一定的共基质成分(尤其是碳源和氮源)可以增强微生物处理能力。例如,Fernando 等在研究微生物燃料电池中的酸性橙7 与14063 菌共代谢的脱色动力学时,发现共基质使用组(如菜籽饼、玉米浆和糖蜜)会获得更高的动力学常数,这表明共基质成分在微生物的共代谢中发挥着十分重要的作用。同时微生物在脱色降解染料的过程中,共代谢基质的种类和不同结构的染料都会引起染料脱色降解效能的差异。目前,微生物利用不同共基质去共代谢降解同一种染料以寻求最佳共基质的研究较多,如Chen 等从印染废水的污泥中分离到一株对活性黑5 具有良好脱色效能的菌株GY-1,使用该菌株在葡萄糖、淀粉、蔗糖、半乳糖等共基质条件下脱色活性黑5,发现葡萄糖共基质的脱色效果最佳。Saba 等使用生物反应器处理偶氮类染料废水,不同共基质的组合中尤以酵母提取物的添加能够有效地提高印染废水的处理效率。然而,微生物在相同共基质条件下共代谢降解多种不同结构染料方面的比较性研究却较少。并且染料种类繁多,结构差异巨大,不同的结构也决定了染料本身生物降解的难易程度。因此,深入探究微生物共代谢降解染料过程中染料结构所引起的差异效应,对于处理同时含有多种不同结构染料的复杂废水具有重要的指导意义。
微生物多样性、群落结构以及优势菌种在染料降解过程中发挥着至关重要的作用,同时不同的染料条件下优势菌群的富集作用不同。Xie 等研究不同染料条件下水解酸化反应器中微生物群落结构的多样性,发现克雷伯氏菌属()在水解酸化条件下是降解染料活性黑5的优势菌属,而在染料活性艳蓝样品以普雷沃氏菌(sp.)是最主要的菌属,这说明在不同结构的染料中群落结构和优势菌属不同,脱色性能也会有相应的差异。因此研究微生物在相同共基质条件下降解多种不同结构染料的菌落组成和动态变化具有十分重要的意义。
在本研究中,首先测定了功能菌群DDMZ1 在YE共基质条件下对五类不同结构共12种染料的脱色率,然后从中选出5种典型的不同结构染料(单偶氮染料酸性橙7、双偶氮染料活性黑5、三偶氮染料氯唑黑E、蒽醌染料活性艳蓝KN-R、三苯甲烷染料孔雀石绿)作为目标染料,进一步研究YE共基质条件下功能菌群DDMZ1 脱色降解不同结构染料的效能差异机制。其次LC-TOF-MS 技术进一步鉴定了5 种典型的不同结构染料在YE 共基质体系中的降解产物,推导了各自的降解途径,最后采用Illumina Miseq高通量测序评估了YE共基质条件下5种典型的不同结构染料引起的微生物群落结构差异以及优势功能菌属的富集情况,进而揭示了YE 共基质条件下染料结构、群落结构、优势菌属与染料脱色性能之间的相互作用关系。
实验所用的单偶氮染料有酸性橙7 (Acid Orange 7,AO7)、α-萘酸橙(α-naphthyl orange,α-NO); 双偶氮染料有活性黑5(Reactive Black 5,RB5)、酸性红112(Acid Red 112,AR112)、酸性黑1(Acid Black 1,AB1)、台盼蓝(Typan Blue,TB);三偶氮染料有氯唑黑E (Chorazol Black E, CBE)、 直接蓝71 (Direct Blue 71,DB71);蒽醌染料有活性艳蓝KN-R (Remozal Brilliant Blue KN-R,RBBR)和活性蓝4(Reactive Blue 4,RB4);三苯甲烷染料有孔雀石绿(Malachite Green,MG)和结晶紫(Crystal Violet,CV),均购于SIGMA-ALORICH公司。12种不同结构的染料的化学式、结构式、分子量、最大吸收波长、染料结构类型信息见表1。
表1 十二种不同结构的染料化学式、结构式、相对分子质量、最大吸收波长和结构类型
氯化铵、无水硫酸钠和磷酸二氢钾,国药集团化学试剂有限公司;酵母提取物,生工生物工程(上海)股份有限公司。
无机物培养基(mineralnutirents,MN):氯化铵0.20g/L,硫酸钠0.50g/L,磷酸二氢钾2.66g/L;酵母提取物共基质培养基(yeast extract,YE):氯化铵0.20g/L,无水硫酸钠0.50g/L,磷酸二氢钾2.66g/L,酵母提取物3.00g/L,所有培养基均需要在高压灭菌锅内115℃,灭菌30min冷却后备用。
功能菌群DDMZ1 筛选于运行良好的印染废水水解酸化反应器,具体筛选驯化过程为:从反应器中取10mL 新鲜污泥加入到250mL 锥形瓶中(含有90mL YE 共基质培养基),于37℃下恒温静置培养24h;然后以10%(体积比)的接种量转入YE共基质培养基培养,设立初始染料(RB5)浓度为50mg/L,37℃恒温静置培养24h 后测定脱色率;待脱色率达到80%以后,逐步提高染料浓度(50~300mg/L),继续传代驯化,最终获得对双偶氮染料RB5具有良好脱色性能的混合菌群DDMZ1。
续表1
微量紫外可见分光光度计(德国Implen GmbH,仪器型号IMPLEN);离心机(美国Thermo,仪器型号Thermo Legend Micro 17);压力蒸汽灭菌锅(上海博讯,仪器型号YXQ-LS-30SⅡ型);电子分析天平(上海越平科学仪器有限公司,仪器型号FA1104);液相色谱-飞行时间串联质谱联用仪(美国安捷伦公司,仪器型号Agilent QTOF6520)。
按10%的接种量将混合菌群DDMZ1 接种于100mL 锥形瓶中(即10mL 菌液加入到90mL 的MN培养基和YE 共基质培养基中,然后分别添加相同浓度的AO7、α-NO、RB5、AR112、AB1、TB、CBE、DB71、RBBR、RB4、MG 和CV 染料使其终浓度为100mg/L,最后在恒温培养箱中(37℃)静置培养并测定6h、12h、24h、36h、48h、60h、72h脱色液的脱色率,每类培养基的每种染料条件做3组平行试验。
由于12 种不同结构的染料都有明显的特征波长,因此根据特征波长处特征峰的变化计算脱色率。脱色率测定时,以YE 共基质培养基作为空白,取反应时刻的染料溶液,经8000r/min 离心10min后取出上清液,置于紫外可见分光光度计中测定特征波长处的特征峰值。脱色率计算如式(1)。
式中,为反应0 时刻燃料溶液的特征峰值;A为反应时刻染料溶液的特征峰值。
为了深度解析功能菌群DDMZ1 的染料降解产物,从12 种不同结构的染料中,进一步选取脱色效果好的5种典型的不同结构染料,分别是单偶氮染料AO7、双偶氮染料RB5、三偶氮染料CBE、蒽醌染料RBBR 和三苯甲烷类的MG,取48h降解液,作为接下来实验的研究对象,使用LC-TOF-MS(Agilent QTOF6520,USA)进一步研究。
配制MN 培养基和YE 共基质培养基作为共代谢基质,以相同浓度的AO7、RB5、CBE、RBBR、MG染料为各自目标污染物,进行传代驯化。同时根据前期脱色实验可知,功能菌群DDMZ1 与染料反应48h后即可以达到反应平衡状态(脱色效率达到80%以上),因此以2 天为一传代周期,连续驯化两个月,取最后一代样品监测染料的脱色情况,同时收集初始菌群菌体以及YE 共代谢基质下最后一个传代周期5种典型的不同结构染料样品的剩余菌体,保存,然后交由上海美吉生物医药科技有限公司进行高通量测序,深度解析群落结构。本次测序得到的原始数据上传至NCBI SRA 数据库,序列登录号为SRP347372。
12 种不同结构且初始浓度为100mg/L 染料在MN 培养基和YE 共基质培养基中于37℃下恒温培养72h,设立对照,脱色效果见图1。
从图1(a)中可以明显看出,无机物组的样品(MN)对多种染料的脱色效果都较差,脱色率均在20%以下,表明功能菌群DDMZ1 在没有其他易降解有机物存在的条件下,不能有效地降解各种染料。 Sandhiya 等在研究金黄色葡萄球菌()对三苯甲烷类染料碱性紫3和碱性绿4的脱色影响时发现,在仅有染料存在的情况下(无其他易降解有机物),无法对染料碱性紫3和碱性绿4实现脱色,这与本研究中功能菌群DDMZ1在MN培养基条件下无法有效降解各种染料的研究现象相类似。而在YE培养基条件下,功能菌群DDMZ1 对多种不同结构的染料均表现出优异的脱色效果[图1(b)]。如偶氮类染料反应48h后均可以达到80%以上的脱色率,特别是α-NO、AR112、DB71 的脱色率分别达到了92.4%、92.2%、99.3%;对三苯甲烷类染料而言,脱色效率均有提升,尤其是MG的脱色率发生了质的飞跃,由几乎不脱色提升到了98.3%;对蒽醌染料RBBR 和RB4 而言,脱色率也均提升了20%左右。张庆云等研究了果糖、葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨、碳酸钠等不同共代谢基质对染料RB5脱色效果的影响,发现果糖对脱色具有显著的促进作用,蔗糖和葡萄糖对脱色具有一定的抑制作用。Merino等在研究白腐真菌、花色曲霉菌及其菌群对二元有色染料(亮蓝和亮红)的生物脱色处理中发现,YE作用下微生物的多样性呈现最大化,归因于YE中包含的蛋白质水解物和水溶性维生素在促进微生物发展的同时提升了脱色率。有研究表明偶氮键的还原断裂是染料降解的第一步,NADH 是还原染料偶氮键的电子供体,并且YE 的代谢对NADH 的恢复至关重要。因此有机氮源YE是促进功能菌群DDMZ1生长代谢的重要营养物质,对于提升多种不同结构的染料的脱色效果具有显著作用。
图1 两种培养基条件下功能菌群DDMZ1对12种不同结构的染料(100mg/L)的脱色情况
为了深度分析5种典型的不同结构染料的代谢产物,使用LC-TOF-MS 技术鉴定降解产物,然后根据相对分子质量推测出降解产物最可能的结构见表2,随后根据表2 中的降解产物推导5 种典型的不同结构染料可能的降解路径,结果见图2。
表2 五种典型的不同结构染料在YE培养基中微生物降解产物的LC-TOF-MS物质鉴定结果
续表2
如图2(a)所示,AO7分子中的偶氮键对称断裂成两个部分,分别是4-氨基苯磺酸和1-氨基2-萘酚。其中4-氨基苯磺酸通过自氧化作用生成4-氨基苯酚,Plum等在对RB5厌氧降解中间体的检测中也发现了4-氨基苯酚。然后4-氨基苯酚通过开环作用裂解成最终产物(E)-6-氨基-6-氧代己-3-烯酸。此外,断裂的另外一部分1-氨基2-萘酚经过羟基化反应生成1,2-二羟基萘,然后再被氧化为1,2-萘醌,随后通过开环作用生成(Z)-2-(2-羧基乙烯基)-6-羟基苯甲酸,(Z)-2-(2-羧基乙烯基)-6-羟基苯甲酸通过苯酚中间体开环裂解成最终的降解产物(E)-6-氧代己基-3-烯酸。Eslami等采用声光活化法使用过氧化氢降解AO7,发现AO7 的降解先是由氢氧自由基攻击偶氮键开始,然后裂解成两个中间体,分别是磺胺酸和1-氨基-2-萘酚,然后1-氨基-2-萘酚通过羟基化作用生成1,2-二羟基萘,1,2-二羟基萘再通过与超氧阴离子的氧化反应生成1,2-萘醌,与本研究降解路径推导一致。
RB5分子经过对称的偶氮键还原裂解和脱磺酸作用形成三种中间体,即甲基2-[(4-氨基苯基)磺酰基]乙烷-1-磺酸盐中间体、3,4,6-三氨基-5-羟基萘-2,7-二磺酸中间体和2,7,8-三氨基苯酚中间体,如图2(b)。Shah 等在研究RB5 的光催化还原过程中,发现脱色后RB5的降解终产物包括2-[(4-氨基苯基)磺基]乙基硫酸氢和3,4,6-三氨基-5-羟基萘-2,7-二磺酸,并且偶氮键的裂解是脱色的主要机理。首先3,4,6-三氨基-5-羟基萘-2,7-二磺酸中间体通过脱磺酸、脱氨基作用,依次生成3,5-二氨基-4-羟基萘-2-磺酸盐和3,4,5-三羟基萘-2-磺酸酯,最后被氧化成最终的降解产物5-羟基-3-亚甲基-4-氧代-3,4,4A,8A-四氢萘-2-磺酸酯。另外一个中间体2,7,8-三氨基苯酚通过脱氨基作用生成了最终的降解产物8-甲基萘烷-1-胺。最后一个中间体甲基2-[(4-氨基苯基)磺酰基]乙烷-1-磺酸盐通过自氧化和脱羟基作用依次生成了2-(4-氨基苯磺酰基)乙醇(p-Base)和4-(乙烯基磺酰基)苯胺(vinyl-p-Base),vinyl-p-Base 再经过甲基化和脱磺酸的作用生成p-甲苯胺,最后通过开环作用生成终产物6-甲基庚-6-烯酰胺。Méndez-Martínez 等从电化学还原和氧化途径对RB5 染料分子的降解副产物进行监测和鉴定,发现降解路径中也有p-Base 中间体的产生。p-Base 通过脱羟基和脱氢作用生成vinyl-p-Base,Plum 等在RB5 的厌氧和好氧生物降解过程中也检测到了vinyl-p-Base 的存在。Zhang等研究RB5在YE复合多种糖源条件下的降解路径时,发现多种糖源条件下均有终产物6-甲基庚-6-烯酰胺的产生。
图2 5种典型的不同结构染料在酵母提取共基质培养基中的降解路径
图2 5种典型的不同结构染料在酵母提取共基质培养基中的降解路径(续)
如图2(c)所示,CBE 分子中的偶氮键对称还原裂解成三种物质,分别为4-氨基-5-羟基萘-2,7-二磺酸、联苯胺、苯-1,2,4-三胺。首先4-氨基-5-羟基萘-2,7-二磺酸通过脱羟基作用生成4-羟基萘-2,7-二磺酸,随后通过脱磺酸作用生成终产物甲萘胺。其次联苯胺通过单键的断裂和自氧化作用生成4-氨基苯酚,然后通过开环作用生成最终的降解产物6-氨基-6-氧己酸。Wang等在纺织染料废水的处理过程中发现,偶氮染料中的芳香胺是厌氧还原的产物,并且好氧条件的施加可以使4-氨基苯酚等芳香胺通过矿化作用生成6-氨基-6-氧己酸。最后苯-1,2,4-三胺通过脱氨基作用形成p-甲苯胺中间体,然后通过开环作用生成最终降解产物6-甲基庚-6-烯酰胺。
RBBR 分子通过碳氢单键的断裂生成两个部分,分别是1,4-二氨基-9,10-二氧-4a,9,9a,10-四氢蒽-2-磺酸中间体和2-[(4-氨基苯基)磺酰基]乙烷-1-磺酸[图2(d)]。首先断裂的第一部分1,4-二氨基-9,10-二氧-4a,9,9a,10-四氢蒽-2-磺酸中间体通过酮环的开环和脱磺酸作用生成2,5-二氨基苯酚,随后2,5-二氨基苯酚通过脱羟基和甲基化作用生成最终降解产物6-甲基庚-6-烯酰胺。断裂的另外一部分2-[(4-氨基苯基)磺酰基]乙烷-1-磺酸通过脱磺酸作用生成3-氨基苯磺酸,再通过开环作用和脱磺酸作用生成最终的降解产物6-氨基-6-氧己酸。Zhuo等在推导RBBR的降解路径中发现,RBBR分子通过碳氢单键的断裂,可能先断裂成1-氨基-9,10-二氧-4a,9,9a,10-四氢蒽-2-磺酸,然后再通过羟基化作用生成1-氨基-4-羟基-9,10-二氧-4a,9,9a,10-四氢蒽-2-磺酸。
如图2(e)所示,MG 分子通过碳氮双键的断裂和去甲基化作用生成了两个部分,分别是-氯-,4-二甲基苯胺中间体和,-二甲基-[1,1'-联苯]-4-胺。一方面,-氯-,4-二甲基苯胺中间体通过自氧化作用生成4-[氯(甲基)氨基]苯酚,随后通过去甲基化作用生成4-氯酚,最后通过开环作用生成最终的降解产物(E)-6-氧代己基-3-烯酸。另外一方面,,-二甲基-[1,1'-联苯]-4-胺通过苯环间单键的断裂生成,-二甲基苯胺中间体,随后通过脱甲基和自氧化作用生成终产物苯基羟胺。据报道,MG降解过程中的去甲基化作用不会破坏脱色基团,而脱甲基产物的进一步聚合和开环作用是导致MG脱色的重要原因。
通过对上述五个实验组中AO7、RB5、CBE、RBBR、MG 的降解产物和路径分析可以发现,不同结构的大分子染料在YE 共基质条件下被功能菌群DDMZ1降解成分子量小且结构简单的代谢产物,并且大部分检测出的降解产物是无色的,说明染料发色基团基本上都被破坏,才实现了染料的降解脱色。到目前为止,这是首次系统全面地研究5种典型的不同结构染料在YE 共代谢基质下的降解路径,以上结果可以加深对微生物共代谢降解难降解染料的认识。
2.3.1 不同分类学水平的微生物多样性
使用RDP 分类器将11 个样品的序列划分到不同的分类学水平,以此来得知各个样品在各分类水平上的物种组成的比例情况,以此反映各个样品在不同分类学水平上的群落结构,结果见图3。
在微生物门分类水平上[图3(a)],样品DDMZ1中,变形菌门(,81.01%)和厚壁菌门(,18.71%)占据绝对优势,而在MN培养基条件下,所有样品MNAO7、MNRB5、MNCBE、MNRBBR 和MNMG 都是几乎只有变形菌门(,占比均在99.96%以上)存在。添加YE 后,可以看到样品YEAO7、YERB5、YECBE和YERBBR 的菌群结构与样品DDMZ1 中的菌群结构类似,也是以变形菌门(,占比依次为96.32%、84.56%、86.01%、94.56%)和厚壁菌门(,占比分别为3.64%、15.15%、13.85%、5.39%)为主,除了样品YEMG 例外,它一直以变形菌门(,100%)存在。诸多研究表明在染料降解体系中变形菌门()和厚壁菌门()是常见菌门。祁燕云等研究了微生物修复石油污染土壤过程中微生物群落结构变化,发现在经过生物强化的土壤中,变形菌门()是主要的优势菌门(87.44%),其他菌门的相对丰度均较低。同时从多样性数据可以看出,YE 组的样品比MN组样品具有更高的Shannon指数,说明YE的加入使得样品中的微生物多样性显著增加。Guo等在研究城市污水处理厂厌氧消化污泥中的微生物群落结构时发现,变形菌门()是厌氧消化处理系统中的重要微生物。
图3 不同分类学水平下的11个样品的微生物群落结构
在微生物纲分类水平上[图3(b)],样品DDMZ1主要由γ - 变形菌纲(,81.01%)组成,厚壁菌纲(,9.83%)和杆菌纲(,8.10%)次之,而在MN培养基条件下,所有样品MNAO7、MNRB5、MNCBE、MNRBBR 和MNMG 几乎都是由γ-变形菌纲()组成(占比均达到99.96%以上)。添加YE 后,样品YEAO7、YERB5、YECBE和YERBBR 中的菌群结构与样品DDMZ1 中的菌群结 构 类 似 , 也 是 由 γ - 变 形 菌 纲(,占比均在84.56%~96.32%)、杆菌纲(,占比均在3.36%~9.17%)和厚壁菌纲(,占比在0.06%~1.03%)组成,除了样品YEMG 例外,它几乎一直以γ-变形菌纲(,100%)存在。Dai 等研究了微生物燃料电池中微生物群落结构的变化,发现γ-变形菌纲(,48.1%)是阳极生物膜上的优势群落。
在微生物科分类水平上共检测到16 类菌(其中几个被包括在其他类别中),且这11个样品中的微生物群落结构存在显著差异[图3(c)]。样品DDMZ1 主要由肠球菌科(,41.59%)、 黄单胞菌科 (,30.58%)、鼠孢菌科(,9.83%)、产碱杆菌科(,6.06%) 和链球菌科(,3.89%) 等组成,菌科组成丰富,为降解多种污染物提供了可能。而在MN培养基条件下,样品MNAO7、MNRB5、MNCBE 和MNRBBR 都是以伯克氏菌科(,占比分别为70.91%、75.74%、72.80%和29.10%)和肠球菌科(,占比依次为28.99%、24.25%、27.18%和70.89%)为主要优势菌科, 而在样品MNMG 中伯克氏菌科(,99.92%)占据绝对优势地位。添加YE 后,可以看到样品YEAO7、YERB5、YECBE和YERBBR 中的菌群结构与样品DDMZ1中的菌群结构类似, 也是由黄单胞菌科(,占比均为26.75%~47.40%)、肠球菌科(, 占比均在23.58%~45.81%)和产碱杆菌科(,占比均在2.41%~11.15%)等多个菌科组成,而样品YEMG由假单胞菌科(,92.79%)和肠球菌科(,7.21%)占据优势地位。Hussain 等从纺织工业废水中分离出有效的染料降解菌株——假单胞菌株(sp.RA20),该菌株在YE 共代谢基质下不仅可以脱色RB5、活性橙16、活性红2 等多种染料,还对锌、镉等重金属表现出中等耐受能力。
2.3.2 群落Heatmap图
为进一步深度解析群落结构,在微生物属分类水平上探讨功能菌群DDMZ1 的群落结构与5 种典型的不同结构染料的脱色响应情况,见图4。
图4 五种不同结构的典型染料作用下11个样品中属的Heatmap图
在微生物属分类水平上,微生物群落组成差异很大。纵观大体趋势,MN培养基样品聚集在一部分,YE培养基样品和DDMZ1样品聚集在另外一部分。样品DDMZ1 由多种菌属组成,主要包括志贺氏菌(-,32.33%)、寡氧单胞菌(, 30.58%) 、(9.83%)、克雷伯氏菌(,9.26%)、鲍特菌(,6.06%) 等。在MN 培养基条件下,样品MNAO7、MNRB5、MNCBE 和MNRBBR都 是 由 伯 克 霍 尔 德 菌 (-,占比依次为70.91%、75.74%、72.80%、29.10%)和克雷伯氏菌(,占比分别为28.96%、24.23%、27.16%、70.86%)组成,而样品MNMG 以伯克霍尔德菌(-,99.92%)为主要菌属。据报道,革兰氏阴性菌伯克霍尔德菌(-)具有染料降解的能力。添加YE后,样品YEAO7、YERB5、YECBE和YERBBR的菌群结构与样品DDMZ1 聚集在一起,偶氮类染料样品YEAO7、YERB5、YECBE 主要富集了志贺氏菌属(-,占比依次为32.33%、38.41%、 33.96%) 、 寡 氧 单 胞 菌 属(,占比依次为30.58%、26.75%、35.54%) 和假单胞菌属(,2.79%、21.50%、6.43%),蒽醌类染料样品YERBBR 中由寡氧单胞菌属(,47.40%)、志贺氏菌属(-,18.14%)和假单胞菌属(,12.44%)占据优势统治地位,而三苯甲烷类染料样品YEMG 以假单胞菌属(, 92.79%) 和克雷伯氏菌属(,7.20%)为主。由上可见,结构类似的染料可能富集相似的优势功能菌属,而结构不同的染料则明显富集不同的优势功能菌属。Chaudhari等使用细菌好氧颗粒修复蒽醌类高有机负荷废水时发现,假单胞菌()在悬浮培养基中的丰度显著增加并成为优势菌属。Shang等从湿地植物碱蓬叶片中分离到一株内生细菌,该菌在30℃和pH=7.0的条件下可在8h内将100mg/L的MG完全去除,经鉴定为克雷伯氏菌属。
本文深入探究了功能菌群DDMZ1 在相同共基质条件下脱色降解多种不同结构染料的效能差异情况及微观生物学机制。首先根据功能菌群DDMZ1在YE共基质条件下对12种不同结构染料的脱色率进一步筛选出5种典型的不同结构染料作为研究目标,然后采用LC-TOF-MS 方法首次系统全面地研究了这5 种典型的不同结构染料在YE 培养基条件下的微生物降解产物,并推导了染料降解路径。最后采用高通量测序技术研究了不同结构染料条件下微生物群落结构的变化情况,结果发现相较于MN培养基,共基质YE 的添加能显著增加各种不同结构染料样品中菌群群落结构的多样性,而在相同共基质YE 条件下,不同结构染料样品中的优势功能菌属明显不同。以上结果说明易降解共基质的加入会带来微生物多样性普适性的增加,而不同结构的染料则会显著影响不同优势功能菌属的富集情况。研究结果对于采用功能微生物处理含多种染料的复杂废水具有重要的理论指导意义。