一种真菌漆酶驱动酚类污染物腐殖化的方法及应用技术

本发明专利技术属于环境微生物酶学、污染生态学和农艺学领域，涉及真菌漆酶驱动腐殖化在酚类污染物解毒和植物促生长中的应用。利用本发明专利技术的变色栓菌(Trametes versicolor)漆酶驱动腐殖化反应，不仅会快速消除水体中17β‑雌二醇和天然小分子酚类(香草酸和阿魏酸)的生物毒性，也可以获得大量高度交联的腐殖化聚合沉淀产物。这些聚合沉淀物拥有类似腐殖质的生物学功能，能够作为类腐殖质有机肥，提高萝卜(Raphanus sativus L.)种子的发芽率和根伸长，并增强萝卜幼苗的盐耐受性。本发明专利技术的处理工艺简单、催化条件可控、绿色生态环保，有利于环境污染修复、有机碳固定和全球作物增产增收。

【技术实现步骤摘要】
一种真菌漆酶驱动酚类污染物腐殖化的方法及应用
本专利技术属于环境微生物酶学、污染生态学和农艺学等交叉融合领域，具体涉及真菌漆酶驱动腐殖化在酚类污染物解毒和植物促生长中的应用。
技术介绍
全球淡水资源中雌激素等酚类污染日趋严重，对水产生物和人群健康构成极大威胁。水生态系统中的雌激素主要来源于污水处理厂的直接排放和农用动物粪尿的间接输入。雌激素被生物体吸收和富集后，会干扰细胞内源性激素的合成和代谢功能，从而对机体的生长、发育和繁殖产生负面影响。虽然，水环境中雌激素的浓度相对较低，但其在纳克每升的含量即可引发水生物种的毒性效应，特别是雌激素活性最高的17β-雌二醇(E2)。例如，低浓度E2能够导致雄鱼雌性化，甚至加速某些水生动物的死亡和灭绝。因此，如何高效去除水体中雌激素等酚类污染物已经成为水生态修复领域亟待解决的关键问题之一。当前，污水处理厂主要通过化学氧化和微生物代谢的方法，消减水体中雌激素等酚类污染物。众多资料已证实，化学氧化可快速去除环境中高浓度的雌激素等酚类污染物，但对低浓度有害酚类的净化效果不明显，且反应过程中经常产生毒性更强的副产物，会对生态环境造成二次破环。功能微生物在酚类污染物的降解和代谢中发挥重要作用，然而它们对环境要求苛刻，容易受到pH、温度、金属离子、土著微生物、腐殖酸(HA)、天然小分子酚类如香草酸(Vaa)和阿魏酸(Fea)等的影响，导致菌体生长缓慢、降解周期延长，难以实际应用。白腐真菌普遍存在于生态系统中，其分泌的胞外漆酶(EC1.10.3.2，一种含铜多酚氧化酶)能够催化多种有毒酚类的氧化分解和再聚合反应，生成种类繁多的自聚合和共聚合产物。在真菌漆酶的催化中心包含4个铜原子，其中T1-Cu位点负责从底物中提取电子并将其氧化成苯氧自由基或醌类中间体，而T2/T3-Cu位点(三核铜簇)则接收组氨酸-半胱氨酸-组氨酸三肽序列转移的电子并将氧气还原成水。该过程类似于天然腐殖化反应，不仅有利于酚类污染物的解毒，也能够调节全球有机碳的循环。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题为：如何提供一种净化水体中雌激素和天然小分子酚类化合物的方法，以及如何利用反应过程中生成的聚合沉淀物促进植物生长。本专利技术的技术方案为：一种去除水体中酚类污染物的方法，该方法以变色栓菌(Trametesversicolor)漆酶作为催化剂，以17β-雌二醇(E2)与酚类物质作为底物，腐殖化反应形成聚合物沉淀；所述酚类物质为腐殖酸(HA)、香草酸(Vaa)或阿魏酸(Fea)中的任一种或多种的混合。一类聚合物，由变色栓菌(Trametesversicolor)漆酶催化17β-雌二醇和酚类物质聚合而成，所述酚类物质为腐殖酸(HA)、香草酸(Vaa)或阿魏酸(Fea)，形成的聚合物为E2-Ha聚合物、E2-Vaa聚合物或E2-Fea聚合物。上述所述的聚合物在促进植物种子萌芽、加速幼苗根伸长上的应用。上述所述的聚合物在提高植物幼苗NaCl耐受性上的应用。进一步地，所述植物为萝卜。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用变色栓菌(Trametesversicolor)漆酶驱动腐殖化对溶液中E2的去除率均高达99.9％以上。与传统的化学氧化和微生物代谢相反，变色栓菌漆酶能催化E2、Vaa和Fea等酚类污染物的单电子氧化，生成化学结构稳定、不易迁移、毒性小甚至无毒的大分子C—C或C—O—C共价聚合沉淀物。这些含有多种亲水/极性基团的高度交联的大分子聚合沉淀产物可显著地提高萝卜种子的发芽率、根长和盐耐受性。本专利技术提供的一种变色栓菌漆酶驱动酚类污染物腐殖化的方法，能用于高效去除混合溶液中雌激素等酚类物质，规避母体化合物的生物毒性。该反应遵循绿色化学的核心原理，具有处理工艺简单、催化效率高、绿色生态环保等优点。利用变色栓菌漆酶驱动腐殖化制备的高度交联聚合物，具有类似腐殖质的生物学功能，可有效地促进植物种子发芽、根伸长和盐耐受性。变色栓菌漆酶驱动腐殖化在实现酚类污染物解毒、有机碳固定和全球作物增产增收等方面具有重要的环境意义和广阔的产业前景。附图说明图1HA、Vaa和Fea对变色栓菌漆酶催化E2去除的影响；图2腐殖化聚合沉淀产物的表面形态特征；图3腐殖化聚合沉淀产物的官能团结构；图4腐殖化聚合沉淀产物的化学结构；图5腐殖化聚合沉淀产物影响萝卜种子发芽和根伸长；图6腐殖化聚合沉淀产物对萝卜幼苗叶绿素含量和盐耐受性的影响。具体实施方式下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为从商业渠道购买得到的。实施例1HA、Vaa和Fea对变色栓菌漆酶驱动E2转化动力学的影响采用批量平衡试验方法，研究HA、Vaa和Fea对变色栓菌(Trametesversicolor)漆酶驱动E2转化动力学的影响。在50mL玻璃反应器中分装20mL、pH5.0的10mmol·L-1柠檬酸-磷酸盐缓冲液(C-PBS)，包含10.0μmol·L-1E2、30mg·L-1HA(或100μmol·L-1Vaa或Fea)和1.0U·mL-1变色栓菌漆酶。10mmol·L-1C-PBS配方为1.9214g·L-1柠檬酸和1.4196g·L-1Na2HPO4。手动快速振荡10s、混合均匀后，于25℃室温条件下静置反应12h。在预先设定的反应时间间隔内，快速移取0.5mL酶促反应溶液并添加等体积甲醇淬灭。将淬灭的混合溶液过0.22μm玻璃纤维滤膜后，置于2mL液相小瓶中，4℃冰箱保存待测。采用高效液相色谱(HPLC,WatersCo.,USA)，检测溶液中E2的残留浓度；通过拟合准一级动力学方程，计算E2转化的动力学参数。HPLC参数设置为柱温40℃，流速1.0mL·min-1，进样量20μL，检测波长280nm，流动相乙腈和水(70:30，v/v)，检测时间10min。利用UV-Vis分光光度计(UV-2550,Shimadzu,Japan)，测定反应前后溶液中变色栓菌漆酶的活性变化。漆酶活性的测定体系包含20μL酶促反应溶液、3.4mLC-PBS(pH3.8)和1.0mmol·L-12,6-二甲氧基苯酚(2,6-DMP)。酶的活性单位(U·mL-1)定义为在468nm吸光度处，每分钟引起一个单元的漆酶变化量。如图1所示，在酶促反应3h以内，添加HA、Vaa和Fea均显著地抑制了变色栓菌漆酶催化E2的转化；随着反应时间的增加，E2去除率呈现递增趋势。当反应12h后，不同处理组中E2的去除率均高达99.9％，表明变色栓菌漆酶驱动腐殖化可有效地消除环境中E2。拟合准一级动力学方程，计算出未添加HA、Vaa和Fea处理组中E2的转化速率常数(k)值为2.17h-1，半衰期(t1/2)值为0.32h；而含有HA、Vaa和Fea处理组中E2的k值分别为0.70、0.64和0.62h-1，t1/2值分别为0.99、1.08和1.12h。这些结果表明，HA、Vaa和Fea会干扰变色栓菌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除水体中酚类污染物的方法，其特征在于，该方法以变色栓菌(Trametesversicolor)漆酶作为催化剂，以17β-雌二醇(E2)与酚类物质作为底物，腐殖化反应形成聚合物沉淀；所述酚类物质为腐殖酸(HA)、香草酸(Vaa)或阿魏酸(Fea)中的任一种或多种的混合。/n

【技术特征摘要】
1.一种去除水体中酚类污染物的方法，其特征在于，该方法以变色栓菌(Trametesversicolor)漆酶作为催化剂，以17β-雌二醇(E2)与酚类物质作为底物，腐殖化反应形成聚合物沉淀；所述酚类物质为腐殖酸(HA)、香草酸(Vaa)或阿魏酸(Fea)中的任一种或多种的混合。


2.一类聚合物，由变色栓菌(Trametesversicolor)漆酶催化17β-雌二醇和酚类物质聚合而成，所述酚类物质为腐殖酸(HA)、香草酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙凯，洪丹，司友斌，储刚，秦文秀，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34