紅樹(shù)林底泥中多環(huán)芳烴代謝產(chǎn)物的分布及其微生物降解.pdf

1、多環(huán)芳烴(PAHs)是一類(lèi)典型的持久性有機(jī)有毒污染物，并且廣泛存在于包括紅樹(shù)林濕地等的實(shí)際環(huán)境中。但是PAHs在環(huán)境中降解和轉(zhuǎn)化，尤其是通過(guò)生物途徑產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物的積累和分布還沒(méi)有詳細(xì)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(guān)注PAHs的去除率和高效降解細(xì)菌的篩選等方面，而對(duì)于PAHs代謝產(chǎn)物的變化、積累及其環(huán)境危害等很少見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。有研究表明，部分PAHs代謝產(chǎn)物其毒性比其來(lái)源的PAHs母體更

2、強(qiáng)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害更大。目前，限制代謝產(chǎn)物研究的最主要的因素，是實(shí)際環(huán)境樣品中PAHs代謝產(chǎn)物含量低，不穩(wěn)定，基體復(fù)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(chǎn)物的環(huán)境行為及其產(chǎn)生的來(lái)源和途徑，為PAHs污染環(huán)境的危害評(píng)價(jià)和利用微生物修復(fù)PAHs污染環(huán)境提供理論與實(shí)踐依據(jù)。論文主要研究?jī)?nèi)容是從建立PAHs及其代謝產(chǎn)物的分析方法研究入手，以香港及深圳7個(gè)紅樹(shù)林濕地底泥作為研究對(duì)象，在建立分析方法的基礎(chǔ)上定量分析了PA

3、Hs代謝產(chǎn)物的積累及分布情況，探討了PAHs、代謝產(chǎn)物及其微生物群落的關(guān)系，從微生物降解方面進(jìn)行闡明實(shí)際環(huán)境中PAHs代謝產(chǎn)物的來(lái)源以及途徑。通過(guò)對(duì)比不同基質(zhì)對(duì)微生物降解PAHs的代謝途徑及代謝產(chǎn)物的產(chǎn)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(shù)林底泥泥漿中PAHs的機(jī)理。主要研究成果如下：
　　 1.建立簡(jiǎn)單、快速、靈敏的分析測(cè)定方法。論文根據(jù)文獻(xiàn)已報(bào)道的微生物降解PAHs的代謝產(chǎn)物，選取了22種代謝產(chǎn)物作為研究

4、對(duì)象，并根據(jù)其在理化性質(zhì)上的區(qū)別分為4類(lèi)，包括了PAHs母體、羥基化PAHs、羰基化PAHs以及羧基化PAHs。同時(shí)，分別或聯(lián)合使用加速溶劑萃取(ASE)技術(shù)以及分散相液液微萃取(DLLME)技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化各影響分析測(cè)定的參數(shù)，建立了復(fù)雜基質(zhì)中(包括培養(yǎng)基以及紅樹(shù)林底泥基質(zhì))PAHs及其代謝產(chǎn)物的分析方法。方法簡(jiǎn)單、快速、靈敏且重現(xiàn)性好。各待測(cè)組分的方法檢測(cè)限均在低于ng mL-1和ng g-1王級(jí)別，而多數(shù)代謝產(chǎn)物回收率在80％到12

5、0％之間。
　　 2.測(cè)定了香港及深圳7個(gè)不同的紅樹(shù)林底泥中PAHs代謝產(chǎn)物的含量，并對(duì)其來(lái)源的PAHs母體的相關(guān)性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，紅樹(shù)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(duì)象。同時(shí)分析了各紅樹(shù)林底泥中PAHs的來(lái)源，各紅樹(shù)林濕地中PAHs多來(lái)源于石油污染，少部分來(lái)源于化石燃料燃燒。從分析各類(lèi)PAHs代謝產(chǎn)物在實(shí)際底泥樣品中的濃度的結(jié)

6、果可知，大部分代謝產(chǎn)物在污染嚴(yán)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(duì)較高。并且將檢測(cè)到的各類(lèi)代謝產(chǎn)物與其可能來(lái)源的PAHs母體進(jìn)行了相關(guān)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(guān)，而由環(huán)裂解所得的羧基化PAHs則

7、與PAHs母體濃度無(wú)顯著的相關(guān)性?？梢?jiàn)，PAHs在污染環(huán)境中可以被通過(guò)各種渠道降解，由于降解并不完全，部分代謝產(chǎn)物可以在環(huán)境中積累且與其母體濃度呈正相關(guān)，給生態(tài)以及環(huán)境帶來(lái)潛在的危害。因此，在評(píng)價(jià)環(huán)境中PAHs污染的同時(shí)，也應(yīng)重視其中PAHs代謝產(chǎn)物的危害。
　　 3.有研究表明，對(duì)于環(huán)境中PAHs等持久性有機(jī)污染物，生物降解是其主要的降解途徑。因此，本文進(jìn)一步研究了微生物降解PAHs過(guò)程中代謝物的種類(lèi)和動(dòng)態(tài)變化。以香港紅樹(shù)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(duì)象，并以4種常用的PAHs作為微生物生長(zhǎng)所需要的碳源和能源進(jìn)行培養(yǎng)。由結(jié)果可知，微生物的數(shù)量隨著降解時(shí)間的增加而增加，并在第3天的時(shí)候達(dá)到最大值。與微生物生物量結(jié)果相對(duì)應(yīng)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(kāi)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(cè)到20種PAHs代謝產(chǎn)物。由PAHs初始氧化得到的羥基化PAHs的濃度隨著降解時(shí)間的增加而增加，并且其增加的速率與其來(lái)源的PAHs母體的降解速率有關(guān)，并且基本都在第7天的時(shí)候達(dá)到最大濃度值，而其它環(huán)裂解產(chǎn)物，如羰基化PAHs以及羧基化PAHs等，則基本上在其來(lái)源的PAHs母體達(dá)到最大降解速

10、率的同時(shí)達(dá)到最大濃度值，之后則被進(jìn)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(chǎn)物更難以為微生物所利用。
　　 4.在培養(yǎng)基研究基礎(chǔ)上，比較紅樹(shù)林底泥中PAHs的微生物降解過(guò)程中代謝產(chǎn)物的動(dòng)態(tài)變化。研究將混和降解菌接種到滅菌并加標(biāo)的底泥泥漿中，測(cè)定了與培養(yǎng)基中相同的指標(biāo)以便于對(duì)比研究。由結(jié)果可知，底泥中微生物生物量隨著培養(yǎng)時(shí)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(cè)定了底泥相以及水相中代謝產(chǎn)物的濃度，其中共檢測(cè)到17種，少于培養(yǎng)基中，并且大部分代謝產(chǎn)物均是分布在底泥相中。各類(lèi)代謝產(chǎn)物特別是羥基化PAHs的濃度隨著降解時(shí)間的增加而增加，而且通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，底泥泥漿中代謝產(chǎn)物的濃度比實(shí)際環(huán)境中檢測(cè)到的濃度要低，但微生物降解實(shí)

12、驗(yàn)中所加入的PAH母體的濃度卻遠(yuǎn)高于實(shí)際紅樹(shù)林底泥中PAHs的濃度，由此可知道代謝產(chǎn)物在環(huán)境中的積累是一個(gè)復(fù)雜的、持續(xù)的過(guò)程。
　　 論文研究表明，香港及深圳7個(gè)紅樹(shù)林底泥中PAHs污染嚴(yán)重，同時(shí)其中也檢測(cè)到多種PAHs代謝產(chǎn)物，其濃度與可能來(lái)源的PAHs母體成顯著相關(guān)。因此在評(píng)價(jià)實(shí)際環(huán)境中PAHs污染危害的同時(shí)，也應(yīng)該關(guān)注由于代謝產(chǎn)物所帶來(lái)的潛在威脅。通過(guò)模擬微生物降解紅樹(shù)林底泥環(huán)境中PAHs發(fā)現(xiàn)，其代謝產(chǎn)物的動(dòng)態(tài)變化與純培養(yǎng)