压载水的酶—碘多元体系消毒杀菌及其机理研究

A great deal of microorganisms live in ballast water. They threatened biodiversity of an imported port,moreover, resulted in the prevalance of invasive microorganisms. Ballast water disinfection is a ideal way to control the introduced microorganisms according to the reported technology. However,traditional chemicals will cause the disinfection by-products, which reported as mammalian cytotoxicity and genotoxicity.Marine eanzyme is concerned as an environmental friendly material to compose a multi-factor disinfecting system with iodide.The aim of this project is to compose the marine enzyme-iodide disinfecting system and study the effect on ballast water treatment. Besides, the factors on disinfection and the mechanisms of the disinfecting system will be studied. Marine enzyme-iodide disinfecting system is a promising technology in ballast water,aquaculture seawater, industrial recirculating cooling seawater treatment.

船舶压载水中含有大量微生物，任意排放压载水会危害当地的生物多样性甚至带来有害入侵性生物的传播。处理后的船舶压载水中的微生物要达到国际海事组织的D-2标准，需要对压载水进行消毒处理。物理杀菌技术需要复杂的设备，化学药剂法又有消毒副产物的产生。而海洋生物酶是天然产物，利用它和碘离子构建多元的杀菌体系绿色环保，能够避免现有杀菌技术的这些缺点。本项目拟选用海洋生物酶、碘离子和过氧化氢或氧构建起适合压载水消毒的多元杀菌体系。海洋生物酶的筛选，体系中各元素的最适浓度是构建和优化这一体系的重要研究内容。利用这一体系进行压载水的消毒，其消毒杀菌的效果、效率及影响因素是本课题的研究重点，同时，杀菌机理也将通过对活性氧的和酶催化氧化产物的测定来阐明。本项目研究的这一绿色杀菌技术扩大了海洋生物资源的应用范围，在船舶压载水，水产养殖业海水以及工业冷却循环用海水的杀菌消毒方面有着良好的应用前景。

本项目围绕压载水的生物法消毒展开。利用生物酶与碘构成杀菌体系，重点研究了细菌碘氧化的生产、分离及纯化，确定了以碘离子为底物碘氧化酶酶活的测定方法。得到了酶碘体系作用的最适温度和pH值，通过与真菌漆酶相比较研究，发现碘氧化酶的热稳定性和pH稳定性都明显好于真菌漆酶。实验结果显示，16 μmol/L的Cu2+可以促进Roseovarius sp. IOB-7的生长，也将碘氧化酶活力提高了1.75倍。碘氧化酶的最适反应温度是50℃，最适pH为5.5。以碘离子为底物的催化氧化反应中，当pH值为9时，Trametes versicolor漆酶已经完全失活，而碘氧化酶则仍然保持了32%的相对酶活力，显示出更好的pH应用范围和稳定性。通过碘氧化酶与碘离子构建的杀菌体系进行杀菌实验的结果表明，酶碘杀菌体系产生明显抑菌作用是，生物酶催化氧化碘离子生成碘单质的量对应着碘单质对于细菌的最小抑菌浓度（5mg/L）。这说明酶碘杀菌体系对于细菌的抑制作用来源于体系生成的碘单质。将能够分泌碘氧化酶的细菌置于高碘离子环境中，环境中菌群的多样性随时间的延长而降低，对于碘单质敏感的细菌在环境中的生长受到了抑制。而对于碘单质有耐性的细菌，特别是Roseovarius spp.在培养了30天以后，由原来占菌群结构低于0.1%提高到了7.5%，同时进行的生物量研究显示，在酶碘体系存在的环境中，生物污损的生物量较没有酶碘体系的生物量减少了100mg/L。这一研究结果说明，水环境中细菌碘氧化酶与碘离子构成的体系，不仅在压载水杀菌消毒有良好的应用前景，其对工艺管线生物污损的防治有积极的指导意义。