一株苯并芘高效降解菌的篩選鑒定

弓玉紅，李 軍，高 平，王 莉，趙 君 (呂梁學院，山西離石033000)

苯并芘，分子式為 C20H12，分子量是 252［1］，極不易溶于水。這是它在環境中難于被降解的因素之一［2－4］。苯并芘是一種強致癌物，具有致癌、致畸、致突變性［5－7］。苯并芘存在于石油、食品、大氣和煤焦油中，在土壤中也易殘留［8－9］。許多國家都進行過土壤中苯并芘含量調查，殘留濃度取決于污染源的性質與距離［10］。在焦化廠附近土壤中苯并芘含量為200 mg/kg，在被污染的土壤中高達650 mg/kg［11］。筆者在山西呂梁市離石區焦化廠周邊耕地中采集被苯并芘污染的土壤和廢水樣品，分離、篩選到一株苯并芘降解能力較強的菌株A18。經鑒定，它屬于木賊鐮刀菌(Fusarium equiseti)。該菌株首次被證實具有降解苯并芘的能力，具有從環境介質中清除苯并芘的較好效果，在苯并芘污染的微生物修復上具有很高的應用價值。

1 材料與方法

1.1 材料 樣品采自山西呂梁市離石區焦化廠周邊耕地耕層土壤和廢水。富集用培養基［12－14］1 L:(NH4)2SO40.5 g，NaNO30.5 g，CaCl20.02 g，KH2PO41.0 g，NaH2PO41.0 g，Mg-SO40.2 g，溶解苯并芘 5 mg 于丙酮后加水至 1 L，pH 7.5。2216E培養基1 L:蛋白胨5 g，酵母浸膏1 g，磷酸高鐵0.01 g，pH 7.6 ～7.8。

1.2 苯并芘降解菌分離方法 稱取10 ml土樣和水樣的混合樣，加入到90 ml無菌水中，加入適量玻璃珠，振蕩3 h［15－17］。30 min 靜置后，取5 ml上清液到 45 ml含有苯并芘濃度為1 mg/L的無機鹽培養基中，28℃，150 r/min搖床避光培養。每隔7 d移取10 ml菌液至滅菌的90 ml無機鹽－苯并芘液體培養基中富集培養，每轉接一次苯并芘的濃度提高1 mg/L，如此4次后，苯并芘的最后濃度為5 mg/L。將最后一次的培養液稀釋不同的梯度(10－1～10－7)，涂布于表面涂有苯并芘的選擇性固體培養基平板上，28℃培養2 d。分別挑取單菌落，接種到2216E固體平板液體培養基中，反復劃線，分離，經28℃培養箱倒置培養2 d，得到純培養物，并且觀察菌落形態，測量菌落大小，記錄結果后斜面保存菌株。

1.3 降解菌的鑒定

1.3.1 分離菌株形態特征分析。菌株形態特征分析參照《常見細菌系統鑒定手冊》、《真菌鑒定手冊》［18］等進行。

1.3.2 16S rDNA的測序及系統發育樹的構建。挑取適量菌株于含有100 μl ddH2O的1.5 ml離心管，研磨形成菌液，將77.5 μl菌液分別加入每管含有 10 μl buffer、12.5 μlDTT 的PCR管中，65℃水浴處理20 min，然后離心，置于冰上進行20 min處理，取上清為PCR反應的模板。把總DNA稀釋至100 ng/μl，用稀釋液為PCR擴增反應的模板，以蒸餾水為陰性對照，50 μl反應體系進行目的片段的擴增，然后對PCR擴增產物進行純化，產物送上海桑尼生物工程公司測序。測序結果在NCBI中進行序列搜索比對后，選擇親緣關系較近的幾種菌株作為參比菌株，用MEGA軟件構建系統發育樹［19］。

1.3.3 苯并芘含量的測定。采用萃取－紫外分光光度法，測定苯并芘含量［20］。用二氯甲烷試劑，配制梯度苯并芘標準溶液，用紫外分光光度計在300 nm波長處測定其梯度吸光度，作標準曲線。同時，在篩選得到的每種菌株的無機鹽液體培養基中加入丙酮－苯并芘母液，使得苯并芘的終濃度達到5 mg/L。在轉速150 r/min、溫度28℃的條件下振蕩培養12 d，同時設不接菌對照。用紫外分光光度計分別在300 nm波長處測定其吸光度，在標準曲線上計算出樣品中剩余的苯并芘含量。

1.3.4 苯并芘降解率的計算。利用標準曲線計算樣品中剩余苯并芘的含量，再利用公式c=(a－b)/a×100%計算降解率。式中，c為降解率;a為空白樣品中苯并芘的含量;b為處理后剩余苯并芘的含量。

2 結果與分析

2.1 苯并芘降解率的測定 以苯并芘為唯一碳源從焦化廠周邊耕地耕層土壤和廢水中篩選出一株降解菌，命名為A18。對A18進行苯并芘降解率測定。

由圖1可知，試驗得到苯并芘濃度在1.0～3.0 mg/L的范圍內呈良好線形關系。對樣品的吸光度值測定，樣品的吸光度值為0.069，對照為0.135。用標準曲線的 y=0.427 4x－0.103 5計算得出對照的降解率(a)為0.557，樣品的降解率(b)為0.307。利用公式c=(a－b)/a×100%計算降解率(c)，為44.8%。由此可知，菌株 A18在苯并芘濃度為5 mg/L，轉速150 r/min，溫度28℃的條件下，振蕩培養12 d，苯并芘的降解率為44.8%。

2.2 苯并芘降解菌的篩選與鑒定 菌株A18在PDA培養基上為氣生菌絲，米黃色，較疏松，棉絮狀。大型分生孢子紡錘形或鐮刀形，基部有明顯的腳胞，頂端細胞均勻地逐漸狹細，平直或稍彎曲。小型分生孢子較少，為長矩圓形或橢圓形，分生孢子梗為短梗形。厚垣孢子頂生或間生，成結節狀或成串。根據上述形態特征，參考Booth鐮刀菌分類系統，鑒定該菌株為木賊鐮刀菌(Fusarium equiseti)。

2.3 系統發育分析 經PCR擴增獲得的A18號菌的18S rRNA序列(NCBI序列號為 GQ505743.1)，與 GenBank中已報道的鐮孢霉屬(Fusarium LK.ex Fr.)真菌的18S rRNA序列有98%的同源性。系統發育分析結果顯示，A18與彎鐮孢霉組(赤霉屬Gibbosum/Gibberella)真菌的一些已鑒定菌株(序列號為AY147368及AY147363)同屬于一個簇群。根據A18的形態學特征、18S rRNA序列分析結果，參照鐮孢霉屬的分類學，將其鑒定為一種木賊鐮刀菌(Fusarium equiseti)。其系統發育關系見圖2。

3 結論

以苯并芘為唯一碳源，從焦化廠周邊耕地耕層土壤和廢水中篩選出一株高效降解菌A18，經鑒定為木賊鐮刀菌(Fusarium equiseti)。在苯并芘濃度為5 mg/L，轉速150 r/min，溫度28℃的條件下，振蕩培養12 d，該菌的苯并芘降解率為44.8%。

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