[发明专利]可降解氯代烃的兼性甲烷氧化菌及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环境微生物领域，具体的说涉及一种可降解氯代烃的兼性甲烷氧化菌及其应用。 

背景技术

三氯乙烯（Trichloroethylene, TCE）、四氯乙烯（Tetrachloroethylene, PCE）等氯代烯烃和氯仿（Chloroform, CF）、三氯乙烷（Trichloroethane, TCA）等氯代烷烃作为重要的有机溶剂和产品中间体，在化工、医药、农药等领域被广泛使用。但由于使用和存储不当，通过挥发、泄漏、废水排放等方式致使环境中大量存在，严重危及人类健康。近年来的大量研究表明，三氯乙烯、氯仿等氯代烃污染物具有潜在的“三致”（致癌、致畸、致突变）效应和遗传毒性效应。如微量三氯乙烯暴露接触可导致肝、肾及中枢神经系统损伤，引起一系列机体功能紊乱症状。随着国际国内在可持续发展中对生态环境提出的更高要求，采取有效途径消除氯代烃污染已成为环境领域的重要研究内容。 

从解决大面积污染的角度考虑，生物降解因其具有高效性及低成本，被认为是去除此氯代烃类污染物的最有效途径。生物降解包括了厌氧和好氧生物降解两种方式。厌氧降解常用Hyphomicrobium、Dehalococcoides等脱氯菌，能使高氯代有机物还原脱氯。脱氯菌常与产乙酸菌（homoacgtogens）和产甲烷菌（methanogens）形成聚生体，在碳源和外源电子供体存在条件下，氯代烃作为电子受体为厌氧微生物提供能源并同时被降解。但厌氧降解存在降解不彻底，脱氯后的产物往往具有更大的毒性和致癌性。而好氧降解途径可通过羟基化作用或环氧化作用使得氯代烃完全降解，具有显著优势。其中，甲烷氧化菌（Methanotrophs）降解氯代烃属于该领域的研究热点。由于甲烷单加氧酶（methane monooxygenase, MMO）的非特异性，研究人员发现其在污染物控制方面具有独特的性能。但由于甲烷氧化菌只能以甲烷或甲基化合物为碳源而难以用琼脂平板的方法分离，这使得菌体富集和扩大培养难度增加；此外细胞生长速度慢、密度低等问题也限制了甲烷氧化菌在工程上的应用。 

相对专一营养甲烷氧化菌而言，兼性甲烷氧化菌（facultative methanotrophs）能够利用一些含碳碳键的有机物作为碳源和能源、更容易实现富集而展现出广阔的工程应用前景。已发现的兼性甲烷氧化菌包括了变形菌纲的Methylocella, Methylocystis和Methylocapsa。现在已有不少关于甲烷氧化菌可以利用多碳化合物为生长底物的报道，因此，兼性甲烷氧化菌似乎比原来想象中要更普遍。兼性甲烷氧化菌有着独特的生理学和底物选择特性。Methylocella是首先被确定和公认的兼性甲氧菌。大多数甲烷氧化菌都拥有颗粒甲烷单加氧酶（particulate methane monooxygenase, pMMO），也有少数同时拥有溶解甲烷单加氧酶（solution methane monooxygenase, sMMO）和pMMO。但Methylocella仅拥有sMMO，并且较常见甲烷氧化菌而言缺少广泛的胞内膜体系（intracytoplasmic membrane, ICM）。而其另一显著特点是能利用多碳化合物（乙酸、丙酮酸、琥珀酸、苹果酸和乙醇等），有些多碳化合物是优先被兼性甲烷氧化菌利用的。 

研究表明，兼性甲烷氧化菌不仅可以有效提高矿化垃圾生物覆盖层甲烷氧化能力，也对三氯乙烯、氯仿等氯代烃具有高耐受性。兼性甲烷氧化菌可以利用其它碳源，因此更易实现扩大培养。兼性甲烷氧化菌的深入研究和应用，有望在氯代烃生物降解的工程应用领域取得新的突破。 

发明内容

本发明针对现有技术中氯代烃污染物好养生物降解无法工程化方面存在的不足之处，提供一种可以高效降解氯代烃的兼性甲烷氧化菌，其保藏号为CCTCC NO: M 2013062（已于2013年2月27日保藏于中国典型培养物保藏中心CCTCC，地址：中国湖北武汉武汉大学），分类命名为Methylocystis sp. JTA1，其16S rDNA序列如SEQ ID NO:1所示。 

本发明所述的可降解氯代烃的兼性甲烷氧化菌，属于甲基孢囊菌属。其细胞不能运动，无孢子，短棒状，中央凹陷，细胞外径0.2~ 0.4 μm, 长度0.6~0.8 μm。菌落直径1 mm左右，半透明，突起，边缘整齐，表面有光泽，颜色呈白色透明；革兰氏染色阴性。最佳生长温度为25～40 ^oC，pH为6.5～7.5。