多環(huán)芳烴降解菌的篩選、降解機(jī)理及降解性能研究.pdf

1、多環(huán)芳烴(Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是一類典型的持久性有機(jī)污染物，具有高毒性、高生物富集性和難以降解等特點(diǎn)。PAHs污染環(huán)境的修復(fù)一直是環(huán)境科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其中微生物修復(fù)因具有成本低、無二次污染等優(yōu)勢(shì)而具有較大的應(yīng)用潛力。自然界中存在著豐富的降解菌源，但在PAHs污染點(diǎn)，由于污染物分布不均及傳質(zhì)效率低等局限，進(jìn)化成高效PAHs降解菌需要漫長(zhǎng)的過程。本論文以高濃度的菲和芘為外界環(huán)境

2、壓力，從化工廠處理污水的活性污泥中篩選高效降解菌，監(jiān)測(cè)菲或芘選擇壓力下菌群組成及對(duì)PAHs降解能力的動(dòng)態(tài)變化，從中獲得了兩個(gè)能以菲或芘為唯一生長(zhǎng)底物的高效PAHs降解菌群。從中分別挑選出兩株高效降解菌株，對(duì)其降解機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.分別采用4g/L的菲和芘為唯一碳源，經(jīng)過10次傳代馴化培養(yǎng)，從活性污泥中獲得了組成和降解性能相對(duì)穩(wěn)定的兩個(gè)高效PAHs降解菌群，分別被命名為菲菌和芘菌。在傳代馴化

3、過程中，采用PCR-DGGE監(jiān)測(cè)菌群組成的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果顯示最初的污泥樣品中含有豐富的菌群，但在高濃度菲或芘的持續(xù)環(huán)境壓力下，隨著馴化代數(shù)的增加，菌群的數(shù)量逐漸減少，組成變得相對(duì)穩(wěn)定。菲菌和芘菌馴化的難度和菌群的組成及PAHs降解能力均有很大差別。第一代菲菌的馴化僅用了5-7天，而第一代芘菌的馴化用了近1個(gè)月的時(shí)間;在菌群的組成上，菲菌主要由Acidovorax sp.、Pandoraea sp.、Pseudomonassp.和Ente

4、robacter sp.等組成。而芘菌主要由Achromobacter sp.、Empedobacter sp.和Pseudomonas sp.等組成。在PAHs的降解能力上，芘菌對(duì)高環(huán)PAHs的降解能力優(yōu)于菲菌，對(duì)等濃度的16種PAHs，7天內(nèi)，芘菌能夠降解其中的11種，其中對(duì)萘、二氫苊、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘8種PAHs的降解率為100％，對(duì)苯并(a)蒽的降解率為36％，屈的降解率為29％，苯并芘的降解率為13％;而菲菌在相同降解

5、條件下，對(duì)其中的10種有降解能力，對(duì)萘、二氫苊、苊、芴、菲5種PAHs的降解率為100％，蒽的降解率為87％，熒蒽的降解率88％，芘的降解率66％，苯并(a)蒽的降解率為22％，屈的降解率為11％，基本不降解苯并芘。此外，兩個(gè)混菌在人工污染土壤中均顯示出對(duì)PAHs較好的降解能力。
　　2.為了研究菲菌和芘菌的降解機(jī)制，分別從中篩選出以菲為唯一碳源的高效降解菌株P(guān)seudomonas sp.JM2和以芘為唯一碳源的高效降解菌Pseu

6、domonas sp.Jpyr-1。研究發(fā)現(xiàn)，JM2菲降解基因簇位于質(zhì)粒DNA上，通過設(shè)計(jì)一系列簡(jiǎn)并引物進(jìn)行基因擴(kuò)增、測(cè)序，解析了該菌菲雙加氧酶至2-羧基苯甲醛脫氫酶的全套降解酶基因序列，將其與14種已知的PAHs降解菌降解基因進(jìn)行序列比對(duì)，發(fā)現(xiàn)與Alcaligenes faecalis AFK2有96％的同源性。結(jié)合檢測(cè)到的鄰苯二甲酸代謝產(chǎn)物分析，推測(cè)該菌株與產(chǎn)堿桿菌AFK2類似，通過鄰苯二甲酸途徑降解菲。在Jpyr-1降解芘的過程中

7、檢測(cè)到四種中間代謝產(chǎn)物菲-4-羧酸、1-羥基-2-萘甲酸、鄰苯二甲酸和3，4-二氫二醇鄰苯二甲酸，參考其它芘降解菌的代謝途徑，推測(cè)Jpyr-1經(jīng)由鄰苯二甲酸途徑降解芘。以Jpyr-1質(zhì)粒為模板，通過設(shè)計(jì)簡(jiǎn)并引物，擴(kuò)增出芘雙加氧酶的僅和β亞基基因序列。序列比對(duì)顯示，該雙加氧酶α亞基基因序列與革蘭氏陽(yáng)性菌分支桿菌Mycobacterium sp.6PY1的相應(yīng)基因有90％的相似性。
　　3.設(shè)計(jì)了一系列兩種PAHs共存體系，研究不同結(jié)

8、構(gòu)PAHs對(duì)菲降解菌JM2和芘降解菌Jpyr-1降解能力的影響。研究發(fā)現(xiàn):芴、蒽或者熒蒽的存在對(duì)JM2降解其它PAHs均起到不同程度的抑制作用，而菲則起到促進(jìn)作用。兩種PAHs共存體系對(duì)Jpyr-1降解能力的影響在降解初期24h內(nèi)，與JM2的規(guī)律相似，即芴、蒽和熒蒽對(duì)芘的降解起到了抑制作用，而菲的存在明顯的促進(jìn)芘的降解。但在144h后，除了芴的存在一直抑制芘的降解外，熒蒽對(duì)芘降解的抑制作用明顯降低，而蒽對(duì)降解則有所促進(jìn)。
　　通過