[发明专利]六价铬还原酶及其在治理水体铬污染中的应用

说明书

本发明提供一种六价铬还原酶及其在治理水体铬污染中的应用。本发明以Pannonibacter phragmitetus BB中的铬还原酶NirK‑Cr作为还原Cr(VI)的酶制剂有效成分，该酶制剂对Cr(VI)具有较强的还原作用，能快速去除废水中的Cr(VI)，在含Cr(VI)废水处理中具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及重金属防治领域，具体地说，涉及一种六价铬还原酶及其在治理水体铬污染中的应用。

背景技术

土壤和地下水中的铬(Cr)污染是国际上最关注的环境问题之一，其主要来源于铬盐生产、电镀、鞣革、颜料生产、采矿和冶金等行业。铬在环境中存在两种稳定的铬氧化态：与Cr(VI)相比，Cr(III)溶解性低、迁移能力弱和生物毒性低。因此，水中铬污染治理的有效策略之一就是将Cr(VI)还原成Cr(III)。其中微生物还原Cr(VI)被看作是一种具有很大应用潜力的方法，如王洋洋等人¹利用Pannonibacter phragmitetus BB处理Cr(VI)污染水体，但微生物修复过程仍存在周期较长的缺点，且利用微生物进行原位修复时受环境因子影响大，与土著微生物存在相互竞争，造成修复效果不稳定。

目前有大量的研究报道利用酶制剂修复土壤和治理污染地下水，如利用漆酶修复DDT污染的土壤²、土壤酶修复铅污染土壤³、固定化酶修复被农药污染的土壤⁴、硝化细菌产生的酶对对地下水进行脱氮处理等。对于Cr(VI)污染，有大量研究报道了Cr(VI)还原酶，如Escherichia coli中的NfsA和YieF，其最大还原速率分别为0.25和5.0μmol/min/mg⁵；Pseudomonas putida KT2400中的ChrR其最大还原速率为8.8μmol/min/mg⁶。这些蛋白酶均能在一定条件下实现Cr(VI)的有效还原，但是离大规模工业应用尚有较大差距。

P.phragmitetus BB的Cr(VI)还原能力远高于经典Cr(VI)还原菌P.putidaKT2440(19.23mM400μM)等其他细菌⁶，且全基因组及功能分析显示其胞内存在Cr(VI)高效还原酶。因此，利用这类酶中的一种或多种制成酶制剂处理含Cr(VI)废水具有工业化应用潜能。

发明内容

本发明的目的是提供一种来自于Pannonibacter phragmitetus BB菌的六价铬还原酶。

本发明的另一目的是提供所述六价铬还原酶在治理水体铬污染中的应用。

为了实现本发明目的，本发明的六价铬还原酶，其氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示，或该序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸形成的具有同等功能的氨基酸序列。其在GenBank中注释结果为含铜的亚硝酸盐还原酶，

本发明的六价铬还原酶可按如下方法制备：对六价铬还原酶编码基因进行密码子优化后在大肠杆菌(如E.coli BL21)中表达获得，密码子优化前后的核苷酸序列分别如SEQID NO:2和SEQ ID NO:3所示。

本发明还提供一种六价铬还原剂，其活性成分为所述六价铬还原酶。

本发明还提供所述六价铬还原酶或所述六价铬还原剂在治理水体铬污染中的应用。

前述的应用，向六价铬污染水体中投放所述六价铬还原酶和/或六价铬还原剂，将高水溶性的六价铬还原成低水溶性的三价铬。通过降低其迁移性达到治理目的。

优选地，当污染水体中铬浓度≤100mg/L时，六价铬还原酶的投放量为0.03-0.1U/mg Cr(Ⅵ)。根据动力学最大速度V_max＝34.46μmol Cr(Ⅵ)/min/mg酶蛋白折算。

优选地，还原反应在pH 6-8的条件下进行。酶的最适作用pH值为7。