鼠李糖脂改变土壤中石油烃降解菌表面疏水性的作用机制及其与石油烃摄取行为的关联

生物表面活性剂的微生物效应对促进土壤中石油烃污染物的降解可能起重要作用，而菌体表面疏水性的变化是该效应的突出表现。本课题拟采用鼠李糖脂作为生物表面活性剂的代表，考察它改变土壤中石油烃降解菌表面疏水性的作用机制和一般规律，并进一步探究这种作用对石油烃污染物摄取行为的影响。主要内容包括：(1)采用发酵罐批量制取鼠李糖脂并进行条件优化，对制得的鼠李糖脂进行提纯和表征；(2)考察不同种类的典型石油烃降解菌表面化学结构与疏水性的相关关系；(3)探寻鼠李糖脂与目标降解菌表层亲水疏水性结构的结合方式和作用机理，同时考察菌体表层组成物向周围环境的释放过程，解析并量化这两种行为对于改变菌体疏水性的有效性；(4)对石油烃碳源由源向菌体内部摄取的全过程进行追踪，揭示鼠李糖脂介入下目标降解菌表面疏水性的变化与污染物摄取行为的关联。本研究可为利用生物表面活性剂的微生物效应强化石油烃污染土壤的生物修复提供理论依据。

首先以泔水油废物为碳源，利用铜绿假单胞菌 ATCC 9027进行摇瓶培养制得了鼠李糖脂，并采用响应面法进行了条件优化。研究结果表明，发酵温度、硝酸钠浓度和硫酸镁浓度是影响鼠李糖脂产生量的主要因素。随后进行的发酵罐批量制取鼠李糖脂的研究表明，分批添加产剂效果比一次性添加要好，间隔72小时分批添加泔水油可使鼠李糖脂最高产量从摇瓶发酵的0.66g/L提高到0.85g/L。. 接下来考察了鼠李糖脂介入后在铜绿假单胞菌ATCC 9027细胞表层的分布、引起的外膜脂多糖（LPS）含量的变化及其与菌体表面疏水性变化的联系。结果显示，菌体表面LPS含量与菌体生长所用碳源有关，同时以甘油为碳源生长的菌体表面疏水性明显高于以葡萄糖为碳源生长的菌体，其中又尤以静止期菌体为高。以葡萄糖为碳源生长的菌体，其表面LPS含量较高，使得其表面疏水性普遍较低，且对LPS含量和鼠李糖脂的在细胞表面的吸附均不敏感；以甘油为碳源生长的菌体特别是静止期菌体，其表面LPS含量较低而表面疏水性较高，此时鼠李糖脂细胞表面的吸附使对数期菌体表面疏水性减小、静止期菌体表面疏水性增大。. 通过摇瓶实验，考察了鼠李糖脂单糖脂的吸附处理对ATCC 9027菌体降解葡萄糖、增溶态正十六烷及单独相正十六烷的影响。结果表明，鼠李糖脂在低于临界胶束浓度（CMC）时即能够实现正十六烷的增溶，且单糖脂的增溶效率在浓度低于和高于CMC时有较大差别。浓度高于CMC的单糖脂与正十六烷形成的增溶聚集体虽能在该铜绿假单胞菌表面发生吸附，但其中的十六烷并不能被降解，说明此时聚集体中的正十六烷并不能被利用，证明了鼠李糖脂的增溶作用对烃类有机物生物可利用性的影响具有不确定性。而鼠李糖脂对菌体的表面改性作用却能够加速该单独相正十六烷降解，并且该作用并不是因为增强了菌体表面疏水性所引起。随后仍通过摇瓶实验，进一步考察了鼠李糖脂对一株热带假丝酵母降解正十六烷的影响及其与菌体表面性质的关联。结果表明，鼠李糖脂能够被该热带假丝酵母所降解，但相对于正十六烷不具有优先性；当鼠李糖脂的浓度高于临界胶束浓度时，它对该菌降解正十六烷起到了抑制作用，原因仍然可能是增溶作用降低了该烷烃对于此酵母菌的生物可利用性；但浓度低于临界胶束浓度时，鼠李糖脂能够促进正十六烷的降解，其原因可能为鼠李糖脂改变了菌体表面性质而促进了正十六烷的摄取。