低氧條件下多環(huán)芳烴降解菌的篩選及降解特性研究.pdf

1、生物降解特別是微生物降解被認(rèn)為是去除環(huán)境中多環(huán)芳烴(Polycyclicaromatichydrocarbons，PAHs)的主要途徑，但是目前的微生物降解研究主要以好氧降解和厭氧降解為主。有研究表明，低氧環(huán)境（水中溶解氧DO范圍在0～4.5mg/L之間）廣泛存在于沼澤、湖泊、土壤中，而多環(huán)芳烴的低氧降解卻鮮有研究。通過(guò)調(diào)查，在太湖竺山灣采集了受PAHs污染的底泥樣品，檢測(cè)了底泥中的多環(huán)芳烴含量。在8％氧氣條件下，初步篩選出6株菲降解菌

2、和8株芘降解菌，以此為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究了降解菌對(duì)菲和芘降解效果，最終獲得了一株高效降解菲的菌株和一株高效降解芘的菌株。基于16SrDNA序列比對(duì)分析和系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建等手段，鑒定了該兩種菌株的屬。借助氣相色譜——質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)降解中間產(chǎn)物進(jìn)行定性分析，初步探討了兩種菌株在低氧條件下對(duì)菲、芘的代謝途徑。論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)2012年11月，調(diào)查并采集了竺山灣底泥樣品。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，表層沉積物的溶解氧在1.71～5.66

3、mg/L之間，屬于低氧環(huán)境。底泥中的NO3-、SO42-、Fe3+等電子受體濃度分別為1.12～3.20mg/kg、55.0～725.0mg/kg、7.9～93.4mg/kg。采用GC-MS聯(lián)用技術(shù)分析了太湖竺山灣11個(gè)點(diǎn)位的16種多環(huán)芳烴濃度，含量為61.2～2032.3ng/g。湖濱帶沉積物多環(huán)芳烴以煤、石油等化石燃料高溫燃燒為主要來(lái)源，而湖中心沉積物主要為油類泄漏污染源。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，湖濱帶表層沉積物并不存在嚴(yán)重的多環(huán)芳烴生態(tài)

4、風(fēng)險(xiǎn)，但是部分區(qū)域的某些多環(huán)芳烴濃度超過(guò)多效應(yīng)區(qū)間低值(Effectsrangelow，ERL)，可能存在著對(duì)生物的潛在危害，需加強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范。通過(guò)致癌風(fēng)險(xiǎn)分析，發(fā)現(xiàn)11個(gè)點(diǎn)位的TEQBaP濃度范圍是0.28～358.3ng/g，平均值為186.2ng/g，其中7種高環(huán)PAHs是TEQBaP的主要貢獻(xiàn)者，DBA和BaP是TEQBaP的最大貢獻(xiàn)者。湖濱帶點(diǎn)位均超過(guò)荷蘭土壤標(biāo)準(zhǔn)TEQBaP目標(biāo)參考值(33.0μg/kg)，表明研究區(qū)域沉積

5、物中PAHs己具有一定的潛在致癌性。
　　(2)采用以菲(Phenanthrene，phe)和芘(Pyrene，pyr)為唯一碳源，運(yùn)用富集培養(yǎng)、定時(shí)定量轉(zhuǎn)接馴化培養(yǎng)的方法，在8％氧氣條件下，從竺山灣底泥中初步分離篩選出6株具有菲降解能力的菌株和8株具有芘降解能力的菌株。再經(jīng)降解實(shí)驗(yàn)測(cè)定它們對(duì)菲和芘的降解效率，進(jìn)一步篩選出一株菲低氧高效降解菌，10天對(duì)菲的降解效率達(dá)100％，命名為ZS1;一株芘低氧高效降解菌，50天對(duì)芘的降解效率

6、達(dá)50％，命名為ZS2。研究發(fā)現(xiàn)，由于水中溶解度和苯環(huán)數(shù)目的不同，芘的低氧降解效率要比菲低很多。并且與其它相關(guān)研究相比，多環(huán)芳烴的低氧降解速率明顯介于好氧降解與厭氧降解之間。
　　(3)通過(guò)細(xì)菌形態(tài)特征觀察，結(jié)合16SrDNA序列分析、構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)等方法，對(duì)這2株多環(huán)芳烴高效低氧降解菌(ZS1、ZS2)進(jìn)行了鑒定。經(jīng)鑒定，ZS1屬于Klebsiella（克雷伯氏菌屬），命名為Klebsiellasp.ZS1，序列提交至GenBa

7、nk數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得登錄號(hào)(Accession)為KF974531;ZS2屬于Bacillus（芽孢桿菌屬），命名為Klebsiellasp.ZS2，序列登記號(hào)為KJ004566。
　　(4)采用正己烷/二氯甲烷(1∶1;V/V)液液震蕩萃取法提取降解產(chǎn)物，利用GC-MS法分析了微生物降解菲過(guò)程中產(chǎn)生的部分代謝中間產(chǎn)物情況，初步分析菲和芘的低氧降解途徑。克雷伯氏菌ZS1降解菲時(shí)，主要產(chǎn)生開(kāi)環(huán)烴類化合物、單苯環(huán)烴類化合物、含硫、氮化合物

8、等。根據(jù)中間產(chǎn)物可推測(cè)ZS1菌在降解菲時(shí)，首先通過(guò)雙加氧酶的作用在芳烴上加氧，生成鄰苯二甲酸類物質(zhì)，然后發(fā)生環(huán)裂解反應(yīng)生成大量有機(jī)羧酸類物質(zhì)。芽孢桿菌ZS2降解芘時(shí)，主要檢測(cè)到的中間產(chǎn)物包括香豆素類、鄰苯二甲酸類、二氫芘、單羥基芘、直鏈烴類等。從降解產(chǎn)物情況可推測(cè)ZS2菌在降解芘時(shí)，可能存在兩種途徑，途徑一:在加氫酶的作用下，生成4，5-二氫芘或3，5-二氫芘，然后開(kāi)環(huán)斷裂生成2環(huán)或3環(huán)類物質(zhì);途徑二:在單加氧酶或雙加氧酶的作用下，開(kāi)環(huán)