基于pH调控细胞表面疏水性的兼性嗜碱破乳菌烷烃摄取机制

产率偏低和生产成本过高是限制生物破乳剂规模化应用的瓶颈。以烷烃为碳源时，破乳菌对烷烃摄取能力的提高是促进生物破乳剂合成的关键。前期研究表明，一株兼性嗜碱破乳菌可利用废弃矿物油合成脂肽类生物破乳剂，对培养初始pH的调控提高了破乳菌细胞表面疏水性，促进了碳源摄取和生物破乳剂合成。本项目通过系统研究影响破乳菌细胞表面疏水性的关键基团和物质，阐明pH调控作用对细胞表面疏水性的影响机制。在明确烷烃摄取模式的基础上，采用共聚焦显微镜、石英晶体微天平和原子力显微镜微生物细胞探针技术研究破乳菌的烷烃摄取行为，解析破乳菌细胞表面疏水性对其烷烃摄取性能的影响。以上述研究为基础，构建pH调控下混合烷烃合成脂肽类生物破乳剂的发酵动力学模型，建立兼性嗜碱破乳菌合成生物破乳剂的pH调控机制。课题研究成果为利用废弃矿物油高效合成生物破乳剂提供理论依据，有助于实现生物破乳剂低成本生产与废弃矿物油资源化利用的双重目标。

生物破乳菌的产率偏低和生产成本过高限制了其规模化应用。以烷烃为碳源时，破乳菌对烷烃摄取能力的提高是促进生物破乳剂合成的关键，而破乳菌的疏水性对其吸附摄取烷烃具有重要影响。本项目首先研究了影响破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1细胞表面疏水性的形成机制，阐明了pH调控作用下，细胞表面蛋白质、脂肪酸是影响细胞表面疏水性的关键物质。进一步采用了二氯甲烷-碱提提取鉴定的方法和综合运用电位滴定、红外光谱、X射线光电子能谱以及基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱原位分析法对生物破乳菌的表面物质组成进行了全面解析，发现蛋白类物质以及脂类是决定菌体破乳活性的关键物质，首次发现疏水性碳源培养得到的破乳菌细胞表面破乳特征物质为低聚谷氨酸类物质，对菌体的破乳活性影响较大。在以上两个研究的基础上，采用石英晶体微天平技术研究了破乳菌对单一烷烃和混合烷烃的吸附性能，解析破乳菌细胞表面疏水性、细胞表面物质对其烷烃摄取性能的影响，试验结果表明：不同培养pH对石蜡吸附性能的影响主要源于不同pH培养条件下形成菌体表面物质组成的差异性；Ca2+和Fe3+通过调控菌体表面性质及物质组成降低了菌体与石蜡之间的静电斥力，并且形成空间架桥作用促进吸附；Mg2+主要要通过影响菌体代谢过程，从而促进生物破乳菌的自身合成。课题研究成果为微生物的粘附机制研究提供了新思路，同时为生物破乳菌利用疏水性碳氢化合物为碳源高效合成生物破乳剂提供了理论依据。