黄粉虫及其肠道微生物对聚氯乙烯的生物降解作用

实验所用黄粉虫(Tenebriomolitor)幼虫购于上海市徐汇区钦青花鸟市场。

四氢呋喃、无水乙醇购于国药集团药业股份有限公司;聚氯乙烯购于阿拉丁试剂(上海)有限公司;TaqDNA聚合酶购于天根生化(北京)科技有限公司。

傅里叶红外光谱仪,赛默飞世尔科技有限公司;PCR仪,上海赛默生物科技发展有限公司;凝胶成像系统,上海天能科技有限公司;凝胶渗透色谱,岛津公司;气相色谱-质谱联用仪,AgilentTechnologies公司。

LB培养基(g/L):蛋白胨10.0,酵母膏5.0,NaCl10.0,琼脂20.0(固体),pH7.0。

生理盐水:NaCl0.9g溶于100mL水中。

以上培养基均1×105Pa灭菌30min。

黄粉虫以PVC喂养32d后,在PVC组中随机挑选黄粉虫10条,采用1.4.3中方法取出肠道,将取出的完整肠道装入含有1mL无菌生理盐水的离心管中,经Votex振荡使肠道内容液全部析出,接入LB液体培养基中,将上述培养物在LB培养基上划线37℃培养,挑取单菌落进行纯化,筛选不同菌株,将筛选得到的菌株甘油冻存,以备下一步实验使用。

纯化后的菌落接入LB液体培养基中,37℃、200r/min培养过夜,将菌液于冷冻高速离心机4000×g离心10min使菌体沉淀。用无菌生理盐水重悬后再次离心,洗去LB培养基。将菌体重悬后,用紫外分光光度计将OD600调至1.0。再取1mL重悬好的菌液接种于无机盐液体培养基中,以PVC塑料片为唯一碳源进行培养,用紫外分光光度计检测菌的生长情况,以此来判断对PVC的降解作用。

对具有降解能力的细菌进行分子生物学鉴定。通过DNA提取试剂盒提取肠道菌株基因组,16SrRNA基因的扩增采用细菌通用引物27F(5′-CAGAGTTTGATCCTGGCT-3′)和1492R(5′-AGGAGGTGATCCAGCCGCA-3′)。PCR反应体系(25μL):TaqDNAMasterMix12.5μL,上、下游引物(10μmol/L)各0.5μL,DNA模板0.5μL,ddH2O11μL。PCR反应条件:94℃5min;94℃30s,50℃30s,72℃45s,35个循环;72℃5min。PCR产物经1%琼脂糖凝胶电泳测其纯度,然后送美吉生物测序公司进行测序。

将测序得到的序列通过NCBI网站进行同源序列搜索(BLAST),匹配出同源序列。选取代表性菌株序列作进一步的分析,利用MEGA6.0软件进行系统发育分析。

在以PVC为唯一碳源的无机盐培养基中,将筛选得到的具有最佳降解效果的菌株于37℃、100r/min培养32d,对照组中则不加菌液。对经菌株降解后的PVC塑料片,用2.0%十二烷基磺酸钠(sodiumdodecylsulfate,SDS)水溶液搅拌洗涤1h,洗除PVC塑料片表面的菌落,清水洗净后,干燥,氯仿加热溶解,用凝胶渗透色谱测定其分子量。对照组也用相同方式处理。

培养结束后,收集1.4.7中的液体培养基,经10000r/min离心20min后,取上清液用0.22μm滤膜过滤后用GC-MS测定其降解产物。

在以PVC为唯一碳源的无机盐培养基中,将筛选得到的具有最佳降解效果的菌株于37℃、100r/min培养32d,对照组中则不加菌液。对经菌株降解后的PVC塑料片,用2.0%SDS水溶液搅拌洗涤1h,洗除PVC塑料薄膜表面的菌落,无菌纯化水洗净后,干燥。用SEM观察塑料薄膜表面形态。

从饲喂过程观察可以发现黄粉虫能主动啮食PVC塑料,并在食用后能正常生长,且平均存活1个月以上,随着黄粉虫取食PVC塑料质量的增加,黄粉虫的平均体重和发育程度均有明显增加。

从分离菌株对PVC的利用情况可以发现,6株菌中PVC-4和PVC-6对PVC有明显的利用能力,说明该两株菌具有降解PVC的酶系,能够将PVC分解并提供生长需要,也可以证明肠道中分离到的菌株是可以利用黄粉虫啮食PVC后在肠道降解消化,提供虫体生长所需要营养的重要微生物,也揭示了黄粉虫啮食PVC能够生长的生物学原理。

经GPC测定,PVC在经过菌株降解后Mw值为115391,对比降解前的Mw值127114,其Mw值相对降低了9.22%;经降解后Mn值由71022降为64764,其Mn值相对降低了8.81%。

PVC分子量的降低说明菌株能有效利用PVC为唯一碳源,同时也说明菌株对PVC塑料存在一定的降解效果。

本研究只对黄粉虫肠道微生物的好氧菌进行了研究,肠道微生物中厌氧菌的分离筛选也是应该着重研究讨论的一部分。另外,对于所研究筛选出来的具有PVC降解效果的菌株,应该进一步研究他们的酶学特征,探究有效降解菌所产生的胞外酶对PVC是否具有降解效果。

THE END
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