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文檔簡介
1、多環(huán)芳烴(PAHs)是一類典型的持久性有機有毒污染物,并且廣泛存在于包括紅樹林濕地等的實際環(huán)境中。但是PAHs在環(huán)境中降解和轉化,尤其是通過生物途徑產生的代謝產物的積累和分布還沒有詳細系統(tǒng)的研究。盡管目前已發(fā)現(xiàn)環(huán)境中存在許多可降解PAHs的微生物,但是大多研究則更關注PAHs的去除率和高效降解細菌的篩選等方面,而對于PAHs代謝產物的變化、積累及其環(huán)境危害等很少見到相關報道。有研究表明,部分PAHs代謝產物其毒性比其來源的PAHs母體更
2、強,對生態(tài)系統(tǒng)的危害更大。目前,限制代謝產物研究的最主要的因素,是實際環(huán)境樣品中PAHs代謝產物含量低,不穩(wěn)定,基體復雜,難以萃取分離。因此,本論文的主要目的是深入研究PAHs代謝產物的環(huán)境行為及其產生的來源和途徑,為PAHs污染環(huán)境的危害評價和利用微生物修復PAHs污染環(huán)境提供理論與實踐依據。論文主要研究內容是從建立PAHs及其代謝產物的分析方法研究入手,以香港及深圳7個紅樹林濕地底泥作為研究對象,在建立分析方法的基礎上定量分析了PA
3、Hs代謝產物的積累及分布情況,探討了PAHs、代謝產物及其微生物群落的關系,從微生物降解方面進行闡明實際環(huán)境中PAHs代謝產物的來源以及途徑。通過對比不同基質對微生物降解PAHs的代謝途徑及代謝產物的產生和積累的影響,探討PAHs降解菌聯(lián)合降解純培養(yǎng)基以及紅樹林底泥泥漿中PAHs的機理。主要研究成果如下:
1.建立簡單、快速、靈敏的分析測定方法。論文根據文獻已報道的微生物降解PAHs的代謝產物,選取了22種代謝產物作為研究
4、對象,并根據其在理化性質上的區(qū)別分為4類,包括了PAHs母體、羥基化PAHs、羰基化PAHs以及羧基化PAHs。同時,分別或聯(lián)合使用加速溶劑萃取(ASE)技術以及分散相液液微萃取(DLLME)技術,通過優(yōu)化各影響分析測定的參數(shù),建立了復雜基質中(包括培養(yǎng)基以及紅樹林底泥基質)PAHs及其代謝產物的分析方法。方法簡單、快速、靈敏且重現(xiàn)性好。各待測組分的方法檢測限均在低于ng mL-1和ng g-1王級別,而多數(shù)代謝產物回收率在80%到12
5、0%之間。
2.測定了香港及深圳7個不同的紅樹林底泥中PAHs代謝產物的含量,并對其來源的PAHs母體的相關性進行了分析。結果表明,紅樹林濕地底泥中16種PAHs的總濃度為從0.31(沙頭角)到5.77μg-1(馬灣)之間,其中均以3環(huán)和4環(huán)的PAHs為主要污染對象。同時分析了各紅樹林底泥中PAHs的來源,各紅樹林濕地中PAHs多來源于石油污染,少部分來源于化石燃料燃燒。從分析各類PAHs代謝產物在實際底泥樣品中的濃度的結
6、果可知,大部分代謝產物在污染嚴重的底泥中均能檢出,其中包括了8種羥基化PAHs、6種羧基化PAHs以及3種羰基化PAHs,其中2-hydroxy-fluroene、9-fluorenone以及benzoic acid的濃度相對較高。并且將檢測到的各類代謝產物與其可能來源的PAHs母體進行了相關性分析,羥基化PAHs(P<0.05)以及羰基化PAHs(P<0.01)的濃度與其PAHs母體的濃度存在顯著相關,而由環(huán)裂解所得的羧基化PAHs則
7、與PAHs母體濃度無顯著的相關性??梢?,PAHs在污染環(huán)境中可以被通過各種渠道降解,由于降解并不完全,部分代謝產物可以在環(huán)境中積累且與其母體濃度呈正相關,給生態(tài)以及環(huán)境帶來潛在的危害。因此,在評價環(huán)境中PAHs污染的同時,也應重視其中PAHs代謝產物的危害。
3.有研究表明,對于環(huán)境中PAHs等持久性有機污染物,生物降解是其主要的降解途徑。因此,本文進一步研究了微生物降解PAHs過程中代謝物的種類和動態(tài)變化。以香港紅樹林底
8、泥中篩選的PAHs降解菌鞘氨醇單胞菌Sphingomonas sp。和分支桿菌Mycobacterium sp.作為研究對象,并以4種常用的PAHs作為微生物生長所需要的碳源和能源進行培養(yǎng)。由結果可知,微生物的數(shù)量隨著降解時間的增加而增加,并在第3天的時候達到最大值。與微生物生物量結果相對應的PAH母體的濃度變化則為,低環(huán)的芴(fluorene)和菲(phenanthrene)最先被微生物利用,并在第7天被降解完全,而高環(huán)的熒蒽(flu
9、oranthene)和芘(pyrene)則在低環(huán)的PAHs被降解到一定濃度之后才開始(第5天),并且在第7天分別被降解了70%和80%。培養(yǎng)基中共檢測到20種PAHs代謝產物。由PAHs初始氧化得到的羥基化PAHs的濃度隨著降解時間的增加而增加,并且其增加的速率與其來源的PAHs母體的降解速率有關,并且基本都在第7天的時候達到最大濃度值,而其它環(huán)裂解產物,如羰基化PAHs以及羧基化PAHs等,則基本上在其來源的PAHs母體達到最大降解速
10、率的同時達到最大濃度值,之后則被進一部分解。因此在培養(yǎng)基環(huán)境中,羥基化PAHs較之其它環(huán)裂解代謝產物更難以為微生物所利用。
4.在培養(yǎng)基研究基礎上,比較紅樹林底泥中PAHs的微生物降解過程中代謝產物的動態(tài)變化。研究將混和降解菌接種到滅菌并加標的底泥泥漿中,測定了與培養(yǎng)基中相同的指標以便于對比研究。由結果可知,底泥中微生物生物量隨著培養(yǎng)時間的增加而增加,但是底泥泥漿中PAHs的降解速率較培養(yǎng)基中為慢,第7天后兩種3環(huán)的PAH
11、s的去除率為72.84%(fluorene)和76.28%(phenanthrene),而4環(huán)的fluoranthene去除了34.09%,pyrnene則去除了52.73%。分別測定了底泥相以及水相中代謝產物的濃度,其中共檢測到17種,少于培養(yǎng)基中,并且大部分代謝產物均是分布在底泥相中。各類代謝產物特別是羥基化PAHs的濃度隨著降解時間的增加而增加,而且通過比較發(fā)現(xiàn),底泥泥漿中代謝產物的濃度比實際環(huán)境中檢測到的濃度要低,但微生物降解實
12、驗中所加入的PAH母體的濃度卻遠高于實際紅樹林底泥中PAHs的濃度,由此可知道代謝產物在環(huán)境中的積累是一個復雜的、持續(xù)的過程。
論文研究表明,香港及深圳7個紅樹林底泥中PAHs污染嚴重,同時其中也檢測到多種PAHs代謝產物,其濃度與可能來源的PAHs母體成顯著相關。因此在評價實際環(huán)境中PAHs污染危害的同時,也應該關注由于代謝產物所帶來的潛在威脅。通過模擬微生物降解紅樹林底泥環(huán)境中PAHs發(fā)現(xiàn),其代謝產物的動態(tài)變化與純培養(yǎng)
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