一种硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系及其应用

本发明属于有机污染物处理，具体涉及一种硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系及其应用。

背景技术：

1、邻苯二酚（catechol，cat）是一类重要的芳香族有机化合物，广泛应用于摄影、染料、橡胶、塑料及医药等工业生产过程中，并可随工业废水排放进入水环境。研究表明，邻苯二酚对多种水生生物、实验动物及人体相关细胞具有一定毒性，其持续排放可能对水生态系统及人体健康造成潜在风险。与此同时，邻苯二酚也是多种芳香族有机污染物生物降解过程中的关键中间产物。在苯、甲苯、苯酚、苯甲酸等芳香族化合物的微生物降解过程中，污染物通常经羟基化等反应转化为邻苯二酚或原儿茶酸，随后进一步通过芳环开裂反应进入下游代谢途径。因此，提高邻苯二酚的高效转化能力，不仅有利于其自身污染去除，也有助于促进多种芳香族污染物的进一步降解。

2、微生物降解技术因反应条件温和、环境相容性较好以及对特定有机污染物具有一定选择性等特点，在芳香族污染物治理领域具有较好的应用潜力。然而，单一微生物体系在实际应用过程中仍存在一定局限。一方面，微生物对芳香族化合物的降解通常依赖胞内酶促氧化和连续代谢过程，受细胞代谢活性及能量供给能力限制，污染物转化速率和处理效率有待提高；另一方面，胞内还原力如nadh和nadph主要由微生物自身代谢产生，其供给水平有限，难以持续满足高强度污染物转化过程对电子和能量的需求。因此，如何通过外源功能材料强化微生物界面电子过程和胞内代谢，是提高芳香族污染物生物转化效率的重要技术方向。

3、近年来，半导体纳米材料-微生物杂合体系通过将半导体材料的光吸收和光生载流子产生能力与微生物的选择性催化代谢能力相结合，为提高污染物转化效率提供了新的技术途径。在光照条件下，半导体材料可产生光生电子和空穴，并通过界面电子传递、活性氧生成或调控细胞内氧化还原过程等方式影响微生物代谢，从而有望强化芳香族污染物的氧化转化及后续生物降解。其中，金属硫化物-微生物杂合体系具有较好的可见光响应性和光电化学活性，在构建光相应型微生物杂合体系方面具有应用潜力。

4、然而，现有金属硫化物制备通常采用硫化钠、硫氢化钠、半胱氨酸等无机或化学含硫前驱体作为硫源。上述硫源加入体系后可快速释放活性硫物种，虽然有利于金属硫化物快速生成，但也容易造成局部硫化物浓度瞬时升高，使金属离子在培养液中发生快速沉淀或形成游离颗粒，从而降低纳米材料在微生物界面的原位形成和有效耦合。同时，较高浓度的活性硫化物还可能对微生物产生一定抑制作用，不利于兼顾材料合成与细胞活性，进一步影响有机污染物的转化效率。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系及其应用。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系，所述硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系包括硫化铜纳米颗粒和玫瑰杆菌，所述硫化铜纳米颗粒原位生成于玫瑰杆菌细胞内部。

4、本发明的第二方面，提供第一方面所述的硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系的构建方法，包括以下步骤：

5、将玫瑰杆菌接种于激活培养基中激活培养，获得激活后的玫瑰杆菌；

6、将激活后的玫瑰杆菌接种于驯化培养基中驯化培养，获得驯化后的玫瑰杆菌；

7、将驯化后的玫瑰杆菌接种于杂化培养基中杂化培养，获得硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系；

8、所述激活培养基为含有dmsp的2216e培养基；

9、所述驯化培养基为含有dmsp的2216e培养基；

10、所述杂化培养基为含有dmsp和cucl2的mbm培养基。

11、进一步地，所述玫瑰杆菌为海洋玫瑰杆菌。

12、进一步地，所述激活培养的条件为：28~32℃，170~190 rpm。

13、进一步地，所述驯化培养的条件为：28~32℃，170~190 rpm。

14、进一步地，所述杂化培养的条件为：28~32℃，70~90 rpm，避光孵育3~5 h。

15、进一步地，所述激活培养基和驯化培养基中dmsp的浓度为20 μm；所述杂化培养基中dmsp的浓度为10 mm。

16、本发明的第三方面，提供第一方面所述的硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系在降解邻苯二酚中的应用。

17、本发明的第四方面，提供一种降解邻苯二酚的方法，包括：将邻苯二酚加入第一方面所述的硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系中，光照条件下孵育培养。

18、进一步地，光照条件为2500 lux；孵育培养的条件为：28~32℃，170~190 rpm。

19、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

20、本发明利用dmsp代谢诱导原位生成硫化铜纳米颗粒，构建硫化铜纳米颗粒(cus-nps)与玫瑰杆菌(

roseovarius nubinhibensism)杂合体系，在光照条件下，硫化铜纳米颗粒受光激发产生光生电子-空穴对，并通过界面电子传递过程增强玫瑰杆菌的代谢活性及邻苯二酚的开环降解反应，通过邻苯二酚的间位裂解途径（meta-cleavage）实现邻苯二酚的降解，并将中间产物进一步转化为丙酮酸进入三羧酸循环的小分子有机物，从而实现邻苯二酚的协同降解，邻苯二酚的降解率可达98％。而纯玫瑰杆菌体系对邻苯二酚的降解率仅为65％。表明本发明在降解邻苯二酚方面具有显著优势。

21、本发明不仅实现了邻苯二酚的高效降解，还促进了玫瑰杆菌的生长。实验结果显示，杂合体系的od600相较于纯玫瑰杆菌体系od600有显著增加，是纯玫瑰杆菌体系的1.5～1.8倍。

1.一种硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系，其特征在于，所述硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系包括硫化铜纳米颗粒和玫瑰杆菌，所述硫化铜纳米颗粒原位生成于玫瑰杆菌细胞内部。

2.权利要求1所述的硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述玫瑰杆菌为海洋玫瑰杆菌。

4. 如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述激活培养的条件为：28~32℃，170~190 rpm。

5. 如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述驯化培养的条件为：28~32℃，170~190 rpm。

6. 如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述杂化培养的条件为：28~32℃，70~90 rpm，避光孵育3~5 h；杂合体形成之后的培养条件为2500 lux，28~32℃，170~190 rpm。

7. 如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述激活培养基和驯化培养基中dmsp的浓度为20 μm；所述杂化培养基中dmsp的浓度为10 mm。

8.权利要求1所述的硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系在降解邻苯二酚中的应用。

9.一种降解邻苯二酚的方法，其特征在于，包括：将邻苯二酚加入权利要求1所述的硫化铜纳米颗粒-玫瑰杆菌杂合体系中，光照条件下孵育培养。

10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，光照条件为2500 lux；孵育培养的条件为：28~32℃，170~190 rpm。