第二松花江典型氯代烴類污染物的微生物降解研究.pdf

1、第二松花江中的氯代烴類污染物種類較多、結(jié)構(gòu)多樣,且絕大多數(shù)具有毒性大、難降解、易于生物富集等特點(diǎn),并且可通過食物鏈的生物放大作用對(duì)其它的生物,甚至對(duì)人類產(chǎn)生危害。對(duì)水環(huán)境污染進(jìn)行修復(fù)以降低風(fēng)險(xiǎn)和防止這類物質(zhì)通過人類產(chǎn)生的各種廢物進(jìn)入環(huán)境是防治氯代烴類污染物污染水體的兩個(gè)重要研究方面。微生物在降解轉(zhuǎn)化這類物質(zhì),使其脫毒和無害化方面具有獨(dú)特的地位。本文采用富集技術(shù),分離純化出了對(duì)氯代烴類化合物具有較強(qiáng)降解活性的降解菌株,利用分子生物學(xué)手段進(jìn)

2、行了鑒定,研究了菌株在純培養(yǎng)、礫間接觸氧化法和微宇宙模擬系統(tǒng)中的降解活性和特點(diǎn),主要結(jié)論如下： (1)通過選擇性富集培養(yǎng)技術(shù)分別分離出了對(duì)氯苯、硝基苯和六氯丁二烯具有很好降解性能的菌株CB001、NB001和HL1。通過菌落特征觀察,部分生理生化指標(biāo)的測(cè)定,16S rDNA序列測(cè)定和系統(tǒng)發(fā)育分析,分別被鑒定為Acinetobacter calcoaceticus、Pseudomonas putida、Serratia marc

3、escens。 (2)菌株CB001和HL1降解各自基質(zhì)的最佳pH值范圍為7.0-8.0,菌株NB001降解基質(zhì)的最佳pH值范圍為7.0-7.5。菌株CB001、NB001和HL1降解基質(zhì)的共同最佳溫度范圍為25.0℃-30.0℃；菌株CB001在溫度為40.0℃時(shí),仍然能夠保持較高的降解活性；三株降解菌在低溫條件下經(jīng)過一段時(shí)間的適應(yīng),對(duì)基質(zhì)表現(xiàn)出很好的的降解潛力。馴化對(duì)菌株降解基質(zhì)的效率產(chǎn)生重要的影響作用。 (3)

4、純培養(yǎng)條件下,菌株的生長(zhǎng)都經(jīng)歷了遲緩期、加速期、對(duì)數(shù)期和穩(wěn)定期等過程,基質(zhì)濃度的變化程度同樣經(jīng)歷了緩慢、快速、緩慢的過程,其中菌株CB001和NB001在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期時(shí)對(duì)基質(zhì)的降解速率最大。菌株CB001降解氯苯的過程中伴隨著氯離子的釋放,釋放量基本符合化學(xué)計(jì)量關(guān)系,其粗酶液中鄰苯二酚1,2-雙加氧酶的活性非常高,推斷菌株CB001是通過鄰位開環(huán)裂解途徑降解氯苯。菌株NB001降解硝基苯的過程中伴隨著亞硝酸根離子的釋放,亞硝酸根離子的釋

5、放量和硝基苯降解量之比的范圍在0.42-0.63之間,制備的粗酶液中鄰苯二酚2,3-雙加氧酶的活性非常高,推斷菌株NB001通過間位開環(huán)裂解途徑降解硝基苯。菌株HL1降解六氯丁二烯的的過程中伴隨著氯離子的釋放,但釋放量偏離化學(xué)計(jì)量關(guān)系。三株降解菌在純培養(yǎng)條件下,對(duì)基質(zhì)的降解過程均符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程,氯苯、硝基苯、六氯丁二烯的一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)最大值分別為0.0376 h-1、0.0330 h-1和0.0237 h-1,生物降解半衰期最小值

6、分別為18.43 h、21.00h和29.24 h。 (4)葡萄糖對(duì)菌株HL1降解能力的促進(jìn)作用強(qiáng)于對(duì)菌株CB001和NB001降解能力的促進(jìn)作用,共代謝是葡萄糖提高菌株HL1對(duì)各基質(zhì)降解能力的一個(gè)重要機(jī)制。葡萄糖可增加降解體系中氯離子的釋放量,但對(duì)亞硝酸離子的釋放量起到一定的削減作用。 (5)在單一基質(zhì)條件下,菌株CB001對(duì)其它氯苯類化合物的降解能力大小順序?yàn)椋?,3-二氯苯>1,2-二氯苯>1,4-二氯苯>1,

7、2,3-三氯苯>1,2,4-三氯苯>六氯苯；菌株NB001對(duì)其它硝基苯類化合物的降解能力順序?yàn)椋?-硝基甲苯>3-硝基甲苯>4-硝基甲苯>2,4-二硝基甲苯>2,6-二硝基甲苯；菌株HL1對(duì)三氯乙烯的降解能力大于對(duì)四氯乙烯的降解能力。菌株NB001和CB001的混合菌對(duì)氯代硝基苯類化合物作為單一基質(zhì)或共存條件下均產(chǎn)生一定的降解作用,降解能力的大小為：間氯硝基苯>對(duì)氯硝基苯>鄰氯硝基苯。 (6)直接利用從松花江中采集的礫石進(jìn)行掛膜,菌膜對(duì)

8、江水中的基質(zhì)的去除起到了明顯的作用,其中對(duì)六氯丁二烯的降解能力最強(qiáng)；菌膜對(duì)基質(zhì)的去除能力隨著培養(yǎng)溫度的升高而增強(qiáng),但在低溫環(huán)境下經(jīng)過適應(yīng)后,對(duì)基質(zhì)也可產(chǎn)生一定的降解效果。礫石表面吸附和江水中的微生物對(duì)系統(tǒng)中基質(zhì)的去除起到了積極的促進(jìn)作用。 (7)底泥明顯促進(jìn)了微宇宙模擬系統(tǒng)中基質(zhì)的生物降解效果,其中對(duì)六氯丁二烯降解的促進(jìn)作用最明顯,并且在降解初期和降解后期的貢獻(xiàn)作用較大。光照對(duì)微宇宙模擬系統(tǒng)中基質(zhì)的去除具有一定的作用,其中對(duì)于

9、氯苯和硝基苯降解的促進(jìn)作用最明顯。微宇宙模擬系統(tǒng)中基質(zhì)濃度的降低主要是由于生物降解導(dǎo)致的,其中馴化分離的降解菌的降解作用明顯大于水體中其它降解菌的降解作用,降解菌在模擬系統(tǒng)中有著較強(qiáng)的定殖能力,基質(zhì)的存在有利于保持菌株在數(shù)量上的優(yōu)勢(shì),但無基質(zhì)存在的情況下,在一定時(shí)間內(nèi)仍可保持?jǐn)?shù)量上的優(yōu)勢(shì),相比而言,菌株HL1的定殖能力稍差。溫度在25-30℃之間時(shí),模擬系統(tǒng)中基質(zhì)的消失隨著溫度的升高而增加,但在低溫環(huán)境下,延長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間后發(fā)現(xiàn)菌株對(duì)基質(zhì)仍

10、然可產(chǎn)生明顯的降解效果。降解初期,懸浮物對(duì)微宇宙模擬系統(tǒng)中基質(zhì)的去除發(fā)揮著重要的作用,對(duì)于菌株HL1而言,這種促進(jìn)作用可保持到降解末期,但對(duì)于菌株CB001和NB001而言,從降解中期開始,這種促進(jìn)作用逐漸降低。 (8)Cd2+和Hg2+的濃度達(dá)到5.0 mg/L時(shí),對(duì)兩種模擬系統(tǒng)中基質(zhì)的降解均產(chǎn)生一定的影響,達(dá)到10.0 mg/L時(shí),分別產(chǎn)生顯著和極顯著的抑制作用,其中Hg2+的抑制作用大于Cd2+的抑制作用。兩種模擬系統(tǒng)中

11、,營(yíng)養(yǎng)鹽的加入對(duì)基質(zhì)降解起到了明顯的促進(jìn)作用。對(duì)于礫間接觸氧化法模擬系統(tǒng),這種促進(jìn)作用隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)加入量的增加而增強(qiáng)。在微宇宙模擬系統(tǒng)中,營(yíng)養(yǎng)鹽的加入量達(dá)到一定程度時(shí),降解率不再隨營(yíng)養(yǎng)程度的增加而明顯增加,營(yíng)養(yǎng)鹽的加入對(duì)六氯丁二烯降解的促進(jìn)作用最低。 (9)經(jīng)過一定適應(yīng)程序的馴化,菌株CB001對(duì)兩種模擬系統(tǒng)中共存條件下的氯苯、1,3-二氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯和菌株NB001對(duì)共存體系中的硝基苯、2-硝基甲苯、3

12、-硝基甲苯、4-硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯、2,6-二硝基甲苯均具有一定的降解效果,其中對(duì)單硝基甲苯類化合物的降解能力強(qiáng)于對(duì)雙硝基甲苯類化合物的降解能力。在兩種模擬系統(tǒng)中,菌株NB001和CB001的混合物對(duì)氯代硝基苯類化合物都保持著較好的降解效果。菌株HL1對(duì)共存體系中的六氯丁二烯、三氯乙烯和四氯乙烯的降解效果最好。菌株CB001、NB001和其混合菌株在微宇宙模擬系統(tǒng)中對(duì)基質(zhì)的降解效果強(qiáng)于礫間接觸氧化法模擬系統(tǒng),而菌株HL1則剛好