紅樹林底泥中多環(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(chǎn)生的代謝產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)物研究的最主要的因素，是實際環(huán)境樣品中PAHs代謝產(chǎn)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(chǎn)物的環(huán)境行為及其產(chǎn)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(jù)。論文主要研究內容是從建立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(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系，從微生物降解方面進行闡明實際環(huán)境中PAHs代謝產(chǎn)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(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(jù)文獻已報道的微生物降解PAHs的代謝產(chǎn)物，選取了22種代謝產(chǎn)物作為研究

4、對象，并根據(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)物在實際底泥樣品中的濃度的結

6、果可知，大部分代謝產(chǎn)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(chǎn)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。可見，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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)物均是分布在底泥相中。各類代謝產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)物的動態(tài)變化與純培養(yǎng)