Bacillus cereus SDP6产DyP酶高效降解阳离子染料和碱木质素的研究及其在废水处理中的应用

本研究针对工业染料废水污染问题，从Similipal生物圈保护区土壤中分离出产染料脱色过氧化物酶(DyP)的Bacillus cereus SDP6菌株。通过响应面法优化条件，该菌株对亚甲蓝(MB)的脱色率达83.15%，最大负载量为285.71 mg/g，并证实其非致病性和非抗生素耐药性。研究为工业废水处理提供了高效环保的生物修复方案。

　　

工业染料废水污染已成为全球性环境难题，每年仅染料行业就排放约750万吨有色废水，其中亚甲蓝(MB)等阳离子染料因其毒性、致癌性和难降解特性备受关注。传统物理化学处理方法存在成本高、设备复杂等缺点，而微生物修复技术因其环境友好特性展现出巨大潜力。在这一背景下，来自Similipal生物圈保护区的研究团队从森林土壤中分离出一株具有高效降解能力的细菌，为解决这一环境问题提供了新思路。

研究采用响应面法(RSM)优化培养条件，结合动力学和热力学分析，通过扫描电镜(SEM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和气相色谱-质谱联用(GC-MS)等技术手段，系统评估了菌株的降解效能和机理。

【菌株分离与鉴定】

从Similipal生物圈保护区富含木质素的土壤样品中分离出12株木质素降解细菌，其中6株显示DyP活性。通过形态学、生化特征和16S rRNA基因测序，将活性最高的SDP6菌株鉴定为Bacillus cereus(基因库登录号PP961915)。该菌株DyP酶活性达2.67 U/mL/min，显著高于此前报道的Rhodococcus jostii(1.62 U/mg)。

【碱木质素降解能力】

B. cereus SDP6在7天内降解55.74%的碱木质素，优于已报道的Bacillus ligniniphilus(38.9%)和Pseudomonas Q18(21.61-22.72%)。这表明该菌株能有效利用木质素作为碳氮源，在木质纤维素废弃物处理中具有应用潜力。

【阳离子染料脱色性能】

菌株对五种染料的脱色效率依次为：MB(76.49%)>结晶紫(60.85%)>亮绿(56.79%)>天青B(55.13%)>孔雀石绿(32.69%)。通过RSM优化，MB脱色率提升至83.15%，较未优化条件提高1.08倍。值得注意的是，仅需0.1%接种量即可实现高效脱色，显著低于同类研究(通常需1-5%)。

【动力学与等温线研究】

MB脱色过程最符合伪二级动力学模型(R²=0.989)和Langmuir等温模型(R²=0.9996)，最大负载量达285.71 mg/g。热力学分析显示反应为吸热过程(ΔH°=+139.19 kJ mol^-1)，自发进行(ΔG°为负值)。

【降解机理分析】

SEM显示染料处理后的菌体表面出现皱缩，表明MB与细胞壁肽聚糖层相互作用。UV-Vis光谱中608 nm和657 nm特征峰消失，证实MB分子结构被破坏。FTIR显示O-H/N-H(3443 cm^-1)和C-H(1642 cm^-1)键变化，GC-MS检测到分子量小于MB的降解产物(如MW=258的2-(甲基亚磺酰基)-4'-甲基偶氮苯)，揭示了可能的降解途径。

【安全性与应用评估】

血琼脂实验证实菌株无溶血性，抗生素敏感试验显示其对氯霉素、氨苄青霉素等常见抗生素敏感。植物毒性实验表明，经菌株处理的MB使Vigna radiata和Cicer arietinum种子发芽率分别达66.66%和58.33%，显著高于未处理组的29.16%和25%。

该研究首次报道了来自Similipal生物圈保护区的B. cereus SDP6菌株在染料废水处理中的应用。其高效降解能力、非病原性和非抗生素耐药性，使其成为工业废水生物修复的理想候选菌株。研究结果为开发低成本、环境友好的废水处理技术提供了重要依据，对解决全球性染料污染问题具有积极意义。未来研究可进一步探索该菌株在混合染料废水处理中的实际应用潜力。