具有生物吸附和生物降解功能的海洋微生物菌丝球的形成机理与应用基础研究

The mycelial pellets of marine fungi from China east sea will be prepared with the functions of bioadsorption and biodegradation for application in the waste-water cleaning. As the first work, the formation mechanism of mycelial pellets formed by single fungi is investigated in the key genes in marine fungi and the preparation conditions. And then the properties and functions of the single fungi mycelial pellets (SFMP) are measured including stability of mycelial pellets, growth behaviors, metabolism process, capacities of bioadsorption and biodegradation. The second marine fungi will be introduced to mycelial pellets to form the mixed fungi mycelial pellets (MFMP) and the properties of MFMP are also measured as comparison with SFMP. The kinetics of bioadsorption and biodegradation are determined for the system containing cellulose or lignose or dyes. As the applications of SFMP or MFMP, the cleanings of the wastewater of paper mill and printworks are chosen as two model systems, and the processes in lab scale will be built. As the most important work, the mycelial pellets as biocarrier for immobilizing cell become a platform technology.

利用从东海中筛选得到的海洋真菌，制备具有生物吸附和生物降解功能的菌丝球，可用于造纸废水和引入废水的净化以及其他生物质降解过程。首先研究单菌形成菌丝球的机理，包括微生物内的关键基因和外部条件的影响，研究菌丝球的制备条件以及条件对菌丝球性能的影响；其次研究单菌菌丝球的功能表达，包括稳定性、生长规律、代谢过程、生物吸附能力和生物降解能力；研究第二种菌体接入菌丝球形成混菌菌丝球的可行性，考察混菌菌丝球的各项性能；研究生物吸附和生物降解动力学；将单菌菌丝球和混菌菌丝球分别用于造纸废水和印染废水的净化中，建立起小试流程。使得菌丝球作为固定化细菌的生物载体，成为微生物固定化的一种新的平台技术。

项目分析了海洋真菌的成球基因，发现大多数海洋真菌都有成球的基因，成球原因是多方面的，敲除一个基因后的突变株确实对成球特性有影响，但不改变成球的本质。.分析了海洋真菌形成菌丝球的机理，发现了菌丝直接形成菌丝球的新途径，记录了菌丝直接成球的过程，确定了成球条件，其中pH、营养成分、搅拌是主要影响因素。实现了15L开放式培养成球的目标，一次可收获3.75kg湿菌丝球，可望实现规模化制备。.研究了菌丝球对废水中染料的生物脱除作用，主要依赖于大量菌丝对其的吸附。海洋黑曲霉能够方便地脱除废水中的染料，在测试的8种染料中，有7种的脱除率达到了95%以上。研究了三种重复使用菌丝球吸附染料的情况，不经任何处理连续吸附，5次重复利用后，脱除率在60%左右；添加少量营养物和重新培养的两种方法，重复使用10批，其脱除率都能保持在90%以上。.研究了菌丝球对重金属的生物脱除作用，探讨其中的生物吸附和生物降解过程。考察了各种因素对海洋黑曲霉菌丝球吸附Ni(II)的影响，吸附量达到55mg/g。重点研究了海洋黑曲霉菌丝球脱除水溶液中Cr(VI)的过程，对Cr(VI)的去除效率最大可达99 %。分析了菌丝球脱除Cr(VI)的机理，发现溶液中的绝大部分Cr(VI)都已被还原为Cr(III)，证实了黑曲霉菌丝球去除Cr(VI)过程为吸附—还原过程。.研究了菌丝球对造纸废水的生物脱除作用，提出了混合菌丝球的概念。以海洋微紫青霉为成球菌种，以产纤维素酶和漆酶的海洋内生拟盘多毛孢菌为生物降解菌种，用于实际造纸废水的处理中，能将颜料、纸屑等吸附于菌丝球，也能降解纸屑，完成了生物吸附和生物降解的协同过程。.为提高海洋黑曲霉表达纤维素酶酶活，进行相关的基因工程改造，引入可提高纤维素外切酶和内切酶的外源基因，使纤维素酶总酶活提高90%以上。