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1.1实验材料试剂:牛磺酸,DBT,2HBP,硫酸镁和葡萄糖都是分析纯,日本和光公司生产,使用前未经进一步纯化。
1.2实验条件选用无硫培养基,采用批量培养法进行实验。实验容器:500ml三角瓶,每瓶培养量100ml,平行样3个,实验重复3次。培养基和所用器皿在120T高温高压灭菌20min,然后在洁净工作台内经20min的紫外线灭菌。实验在摇床中进行,转速为lSOrmirT1.实验温度300,培养基初始pH值为7.0. 1.3检测条件在分光光度计660nm下经对培养物进行稀释后测定光密度,以示红串红球菌的生长。表1显示(从6.4到79.7范围内,ODi与细胞干重之间有良好的线性关系,其表达式为:在确定红串红球菌脱硫比活性时,上述方程用来通过ODi计算细胞干重。实验开始后,在不同时间间隔取样,经用等体积的乙酸乙酯提取后,用气相色谱(Hitachi263-7)测定DBT和2HBP的浓度。测定条件:火焰离子检测器,填充硅玻璃柱,氮气流速40ml,柱温250:,检测器温度2600,进样量lpl. 1.4脱硫比活性测定细胞干重/g广11.5培养物经离心后倒去上清液,用lOVmobr1的磷酸钾缓冲溶液(pH7.0)清洗;离心2次后,配制成一定、初始浓度为lOOmgqDBT的反应液。以实验前加人盐酸(1%,F/F)中止脱硫反应为对照来比较2HBP的生成。
实验在摇床内进行,温度3(n:,往复振荡速度150次min-1,反应时间lh.反应结束后用乙酸乙酯提取反应物中的DBT和2HBP,脱硫活性指标表示为每千克细胞干重2结果与讨论2.1不同硫源对红串红球菌生长和脱硫比活性的效应初始硫浓度都为l.Onig-1,用硫酸镁作为硫源时,48h的(和脱硫比活性分别为1.20和用牛磺酸作为硫源时,上述指分别增加到1.84和ASmmolZHBP"kg-h-1;用DBT作为硫源时,(卿和脱硫比活性都达到*大,分别为4.12和eO.OmmolSHBP‘kg-h-1(表2)。结果表明,红串红球菌具备利用有机和无机硫化合物作为硫源的能力,DBT是提高其生长速度和脱硫活性的*有效硫源。与硫酸镁和牛磺酸相比,DBT具有较大的辛醇/水分配系数,所以DBT更易被吸收积累于细胞中,从而促进红串红球菌的生长。另外,在不同硫源情况下,红串红球菌必须分泌不同的酶对生物化学反应进行催化,以达到吸收利用硫的目的。
表2不同含硫化合物对红串红球菌当培养过程中用DBT作为硫源时,由于脱硫比活性测定是以同一硫源作为基质的,因此,红串红球菌并不需要诱导改变所分泌酶的种类;而在用其它硫源培养时,红串红球菌必须诱导改变所分泌酶的种类才能利用DBT硫,这需要一段调整适应过程,因而导致脱硫比活性降低。本实验结果也证实了硫酸盐和其它含硫有机物抑制该菌脱硫活性的报道。
2.2不同DBT供给量对红串红球菌生长的效应不同DBT初始浓度对红串红球菌生长和脱硫活性的影响结果表明,在实验进行39h,初始11.Smg"ldDBT时的*大为1.20;实验48h,初始23.0111-1DBT时的ODi变成*大为3.65;到63h,初始。OmgdDBT时的才达到*大为5.23.这说明,随着DBT初始浓度的增加,该菌生长指数期的时间被推迟。在生长延迟期,低DBT初始浓度下红串红球菌的生长速度比高DBT初始浓度时快。这也说明,DBT容易被细胞积累和吸收,是红串红球菌生长的一种非常有效的硫源。但正是因为DBT易于被细胞富集,当高初始浓度时导致过量积累于细胞的DBT产生毒性,使该菌的生长受到抑制。这种现象尤其在低细胞浓度时表现尤其突出。随着培养时间的延长,细胞浓度的增加对DBT产生了稀释作用,使DBT的毒性效应逐渐减弱。
2.3不同DBT供给量对红串红球菌脱硫比活性的效应显示,从48h到63h,在5.8?DBT初始浓度范围内,红串红球菌的脱硫比活性呈减小趋势。在初始11.SmgDBT时,脱硫比活性分别为79.1和65.412HBPkg-r1,始终保持*大;在初始时,脱硫比活性位居第2,分和SZmmoUHBP‘kg-h-1.但在初始。Orngl1时,从48h到63h,随时间的延长脱硫比活性呈增加趋势,分别为24.5和34.8mm12HBPkg」h」。导致上述结果的原因主要由红串红球菌的不同生长阶段决定。在生长指数期,脱硫比活性高,但在进人生长稳定期后,脱硫比活性下降。在高DBT初始浓度下(mgd?1),进人生长指数期的时间被推迟,故从48h到63h脱硫比活性升高。
不同DBT初始浓度对红串红球菌不同DBT初始浓度对红串红球菌生长的效应脱硫比活性的效应23.0和46.Orng?1时,随着实验时间的延长,培养物中DBT浓度都迅速下降,并在63h都降低到0.不同DBT初始浓度下培养基中DBT浓度的变化不同DBT初始浓度下培养基中2HBP浓度的变化显示,随时间的增加,培养物中的2HBP浓度逐渐增加,初始DBT浓度越高,产生的2HBP浓度越大。这一结果再次证明了该菌只将DBT作为其生长的硫源而不是碳源的报道。
通过上述结果分析得出,影响红串红球菌脱硫比活性的因素主要有如下三个方面:一是生长的不同阶段。在生长指数期时,脱硫比活性高,但在生长进人稳定期时,脱硫比活性低。二是硫饥饿状态。DBT作为硫源的供给量对脱硫比活性起关键作用。
当初始浓度为DBT时,由于硫源缺乏,不仅严重阻碍了细胞的生长速度,而且严重阻碍了由含硫氨基酸所组成的脱硫酶和辅酶FMNH2的生物合成,因此,导致脱硫比活性降低。与之相反,当初始浓度为。OmgqDBT时,由于过量的DBT积累于细胞中,一方面对红串红球菌细胞产生毒性,另一方面该菌已获取了足够的硫源供其生长,从而导致所分泌的脱硫酶和辅酶量减少,同样使脱硫比活性下降。三是2HBP浓度。2HBP是DBT脱硫后的*终产物,在DBT硫源供给加大时,2HBP的生产量自然也增加,据报道,2HBP对脱硫活性有抑制作用,这也是导致DBT初始浓度在46.0111-1时,脱硫比活性始终维持*低的一个重要原因。当DBT初始浓度为11.5%1时,48h的脱硫活性达到*大值此时大约为l.OmgqDBT硫维持1.5 0的生长。如果所有的硫都被该菌吸收,其细胞干重含硫量为0.3%.?般来说,微生物的含硫量为1.0%.因此,用DBT作为硫源,且只满足红串红球菌30%的正常需硫量,是提高脱硫比活性的一个优化生物控制条件。
3结论红串红球菌具备利用有机和无机硫化合物作为硫源的能力。与牛磺酸和硫酸镁相比,在合适的浓度下,DBT是促进红串红球菌生长和提高其脱硫比活性的*好硫源。
红串红球菌具备只将DBT作为硫源而非碳源的能力,2HBP是DBT脱硫后的*终产物。
影响红串红球菌脱硫比活性的因素主要是其生长的不同阶段、DBT供给量和2HBP生产量。用DBT作为硫源,且控制其供给量只满足红串红球菌30%的正常需硫y:,是提高其脱硫活性的优化生物控制方法。
致谢:本研究是在日本大阪大学举办的第25届UNESCO研修班中完成的,作者感谢大阪大学管健一教授和岸本通雅副教授对本研究所给予的指导和帮助。