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偶氮染料的生物降解已得到较为深入的研究,分离得到多种具有偶氮染料脱色活性的微生物,并有数种偶氮还原酶基因经大肠杆菌表达获得高纯度、高效率的偶氮还原酶,但是酶制剂的应用受到各种条件的限制,成本较高。因此,考虑提高微生物本身的偶氮染料脱色活性,以便于工程应用。 本文的目的是构建一株具有较高偶氮染料脱色活性的基因工程菌,并考察其对偶氮染料的脱色特性。该工程菌是以沼泽红假单胞菌/大肠杆菌穿梭质粒为载体,将外源基因(来自球形红细菌Rhodobacter sphaeroides AS1.1737的偶氮还原酶基因)导入受体菌(沼泽红假单胞菌Rhodopseudomonas palustris AS1.2352),使受体菌表达外源偶氮还原酶,从而提高该工程菌的偶氮染料脱色能力。为达到以上目标,首先,在工程菌构建之前,通过考察外源偶氮还原酶基因的供体菌(球形红细菌)和受体菌(沼泽红假单胞菌)的偶氮染料脱色活性,以及受体菌细胞中质粒DNA的种数及其复制等相关情况,验证该构建途径的可行性;进而构建穿梭质粒及工程菌;最后,以原始受体菌为对照,考察工程菌的生长及脱色特性。 对球形红细菌Rhodobacter sphaeroides AS1.1737的菌体及其胞内粗酶的偶氮染料脱色活性进行考察。菌体在光照缺氧条件可将多种偶氮染料脱色,部分染料24小时脱色率可达90%以上。染料不能作为该菌生长的唯一碳源。35-40℃,中性偏碱环境(pH7-8)具有较高脱色率。超声破碎菌体,获得胞内粗酶,经Red Sepharose CL-6B凝胶纯化,粗酶中偶氮还原酶的含量有一定提高。以甲基橙作为模型染料时,50℃、pH 8.0为其粗酶酶促反应的最佳条件,并且该酶催化的脱色反应符合双底物的乒乓机理。甲基橙、NADH表观米氏常数分别为0.45 mM和1.25 mM。 前期研究发现,沼泽红假单胞菌Rhodopseudomonas palustris AS1.2352具有偶氮染料脱色能力,其胞内粗酶亦具有偶氮还原酶活性,催化过程符合乒乓机理。而纺织印染助剂中包括多种表面活性剂,对生物具有一定的毒性,因此,考察表面活性剂对该菌脱色能力的影响具有实际意义。实验发现,该菌对两种阴离子表面活性剂(LAS,Sodiumlinear alkylbenzene sulphonate;SDS,Sodium dodecyl sulfate)有较强的耐受能力,并且能够在好氧条件下将其降解;LAS对菌体生长的抑制作用明显大于SDS;0.1% SDS存在时染料脱色受到一定的抑制,较高温度(30℃以上)时,抑制情况随温度提高迅速加重。 为考察沼泽红假单胞菌Rhodopseudomonas palustris AS1.2352中存在的质粒DNA的情况,根据该菌的特点和常规提取方法应用中遇到的问题,在碱裂解法基础上,对其