超高效液相色谱-串联质谱法检测微氧生物脱氮菌群酰基高丝氨酸内酯信号分子.pdfVIP

第4_4卷 分析化学 (FENXIHUAXUE) 研究报告 第8期 2016年 8月 ChineseJournalofAnalyticalChemistry 1165—1170 DOI：10．11095／j．issn．0253~820．160103 超高效液相色谱-串联质谱法检测 微氧生物脱氮菌群酰基高丝氨酸内酯信号分子 李玖龄 孙 凯 孟 佳 沈吉敏 齐 虹 江 雷 (哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨 150090) (中国科学院理化技术研究所 ，北京 100101) 摘 要 为揭示处理低碳氮比废水的微氧活性污泥系统的生物脱氮机制，了解脱氮功能菌群的群体生长和 代谢规律，建立了超高效液相色谱一串联质谱同时定量检测介导革兰氏阴性(G一)细菌群体感应信号分子酰基 高丝氨酸内酯(AHLs)的方法。取自升流式微氧活性污泥反应器的泥水混合物，使用乙酸乙酯液液萃取，旋转 蒸干后以甲醇定容，经 c。。色谱柱分离。以5mmol／L乙酸铵(含0．1％甲酸)和甲醇为流动相进行梯度洗脱， 采用多反应离子监测模式，使用配有电喷雾离子源的三重四极杆质谱进行检测。对9种AHLs的检测结果表 明，在0．5～100tLg／L范围内呈现 良好的线性关系，检出限为0．01～0．5 g／L，回收率为62．5％～118．1％，相 对标准偏差为2．9％～12．1％，分析时间为6．5rain。本方法具有快速、准确和精密等特点，可及时反映活性 污泥功能菌群的生长状态和代谢活性 ，对了解生物脱氮系统的生物学机制和废水生物处理系统的运行调控 具有重要意义。 关键词 生物脱氮；信号分子；酰基高丝氨酸内酯；超高效液相色谱一串联质谱法 1 引 言 厌氧氨氧化是新发现的一种废水生物脱氮机制，具有经济高效等特点，得到了广泛关注…。目前 所发现的厌氧氨氧化细菌均为革兰 氏阴性 (G一)细菌，一般具有荚膜或粘液层，生长缓慢，倍增时间长达 l0～30d 。本课题组在进行低碳氮 比(C／N)养猪废水处理研究中，发明了升流式微氧活性污泥处理 装置(UMSR)，其化学需氧量、氨氮和总氮的去除效率分别为0．72，0．76和0．94ks／(in ·d) I5J。分 析表明，UMSR的脱氮机制比较复杂，同时存在 自养反硝化和异养反硝化作用，其中厌氧氨氧化是其重要 脱氮机制之一。由于包括反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌在内的脱氮菌群增殖缓慢，UMSR的启动和污泥 驯化期长达 155d_4J。在长期驯化中，厌氧氨氧化细菌在系统中得到逐步富集，当菌群数量达到一定程度 时会出现陕速增殖、系统处理效能迅速提升的现象，说明生物脱氮菌群可能存在群体感应系统 J。 许多细菌都能合成并释放具有信号功能的自诱导物质 (Auto．inducer，AI)。环境中AI浓度随细菌 密度的提高而增加，当达到某临界浓度时，能启动菌体中相关基因的表达，调控细菌的生物行为，如毒素及 抗生素等次生代谢产物的生成、荚膜及孢子等特殊细胞结构的形成等 J，这种细菌适应环境的调节机制 被定义为群体感应 (Quorumsensing，QS)J。介导 G一细菌群体感应的信号分子酰基高丝氨酸内酯 (N-acy1．homoserinelactones，AHLs)，能够向细菌反馈周围环境中菌体的数量变化并直接调控细菌基因性 状的表达 J。检测废水生物脱氮系统的AHLs，对解析生物脱氮机制及系统的调控运行均有重要意义。 目前，AHLs的检测方法分为微生物传感菌检测和物理化学检测两类方法。其中，微生物传感菌法 采用对信号分子有敏感响应的微生物进行信号分子的检测。如 McClean采用青紫色素杆菌 (Chro- mobacteriumviolaceum)作为生物传感菌构建了突变菌株 CV026，通过培养过程中的紫色素积累情况检 测被试样品中的AHLs，但对酰基侧链长于 10个碳原子的AHLs分子灵敏度极低，同时无法检测所有的 3一羟基AHLs1o．“』。而物理化学检测法中，气相或液相色谱与质谱串联的方法比较常见，但大都存在检测 时