【摘要】：多環(huán)芳烴(PAHs)是環(huán)境中常見的一類持久性有機(jī)污染物(POPs),因其具有很強(qiáng)的致癌、致畸、致突變的“三致”作用而備受關(guān)注。近年來,隨著我國(guó)城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快,日益活躍的人類活動(dòng)使PAHs污染常常伴隨著含鹽量高或復(fù)合污染等特征。常見的PAHs污染的高鹽環(huán)境包括油污土壤、海洋環(huán)境和紅樹林沉積層。復(fù)合污染中,PAHs與砷的復(fù)合污染是常見的一種。已報(bào)道的PAHs與砷復(fù)合污染場(chǎng)地有煤礦類、冶煉類、木材加工類等工業(yè)場(chǎng)地。與理化方法相比,微生物降解是去除環(huán)境中PAHs的主要且有效途徑。雖然大量的PAHs降解菌被分離,其代謝PAHs的能力被表征,但是能滿足高鹽或砷復(fù)合污染條件下修復(fù)要求的菌株較少。因此,本文的研究目的是篩選耐鹽或砷抗性的PAHs降解菌株,并對(duì)其代謝污染物的特性、功能基因和相關(guān)酶及代謝的途徑和機(jī)制進(jìn)行研究。主要結(jié)果如下： (1)以實(shí)驗(yàn)室前期工作中篩選到的耐鹽菌Martelella sp. AD-3作為出發(fā)菌株,對(duì)該菌降解單一和混合PAHs的能力及代謝途徑進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)： (a)AD-3能以葸、菲或芘為唯一碳源生長(zhǎng),能共代謝降解苯并[a]芘。優(yōu)化條件(鹽度3%,pH9.0)下,6d內(nèi)能完全降解200mg L-1的菲或94.6%25mg L-1的蒽。其降解芘的效率相對(duì)很低,10mg L-1的芘8d后的去除率僅為9.8%。營(yíng)養(yǎng)因子(酵母粉)、PAHs中間產(chǎn)物(水楊酸和琥珀酸)、生物表面活性劑(鼠李糖脂)均能促進(jìn)芘的降解。作為共代謝底物,酵母粉、水楊酸和琥珀酸能促進(jìn)苯并[a]芘的降解,以水楊酸的共代謝效果最顯著(苯并[a]芘8d后的降解率為37.9%)。AD-3能在pH6.0～10.0的范圍內(nèi)生長(zhǎng),最適pH為9.0,以菲為碳源生長(zhǎng)時(shí)最高可耐受15%的鹽度(w/v),這可能與其分離自油污鹽堿場(chǎng)地有關(guān)。 (b)進(jìn)一步對(duì)AD-3降解混合PAHs的性能進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)該菌株能降解菲+芘或菲+苯并[a]芘等二元PAHs組分。和單一組分的去除效果相比,菲能促進(jìn)芘和苯并[a]芘的降解,但其自身的去除受到不同程度的抑制。苯并[a]芘的抑制程度顯著大于芘。這可能與PAHs降解過程中的競(jìng)爭(zhēng)性抑制和共代謝作用有關(guān)。 (c)基于代謝產(chǎn)物、關(guān)鍵酶活性和對(duì)不同中間產(chǎn)物的利用情況,推測(cè)AD-3主要通過C-9,10和C-3,4兩種不同途徑降解菲。C-3,4途徑中,1-羥基-2-萘甲酸通過“萘途徑”代謝；水楊酸通過“龍膽酸途徑”進(jìn)入TCA循環(huán)；1-羥基-2-萘甲酸到水楊酸的代謝經(jīng)過鮮有報(bào)道的1-萘酚分支途徑。 (2)以PAHs (100mg L-1菲+50mg L-1芘)和2mM As(V)作為選擇壓力,從上海某廢棄焦化廠土壤中篩選到一株能降解PAHs和還原砷的雙功能分離株。命名為PAHAs-1,經(jīng)16S rRNA基因鑒定為Pseudomonas屬。發(fā)現(xiàn)： (a)該菌能耐受22mM的As(V)和6mM的As(Ⅲ)。PAHAs-148h內(nèi)能完全還原1.5mM As(V)。以60mg L-1菲和20mg L-1芘混合PAHs為唯一碳源生長(zhǎng)時(shí),菲和芘60h后的去除率分別為100%和50%。當(dāng)PAHAs-1利用此二元PAHs生長(zhǎng)還原砷時(shí),砷的還原速率顯著降低。1.5mM As(Ⅴ)60h內(nèi)的平均還原速率僅為4.62μM h-。不同價(jià)態(tài)和濃度的砷會(huì)影響PAHAs-1細(xì)胞的生長(zhǎng)和對(duì)PAHs的降解作用,這種影響與PAHs的種類及砷的濃度相關(guān)。200mg L-1乳酸鈉能同時(shí)促進(jìn)As(V)的還原和芘的共代謝降解。 (b)從PAHAs-1基因組DNA成功擴(kuò)增編碼環(huán)羥基化雙加氧酶α亞基、砷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和砷還原酶基因,驗(yàn)證了其雙功能特性。后兩種基因的存在表明PAHAs-1通過已知的脫毒機(jī)制還原砷。其脫毒依賴于As(V)的細(xì)胞質(zhì)還原和As(III)的快速外排。 (c)采用水培試驗(yàn),研究了PAHAs-1對(duì)蜈蚣草生長(zhǎng)、吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)砷和菲去除的影響。12d后,接種PAHAs-1總體上增加了蜈蚣草的生物量,地上部和地下部干重分別增加21.0%-38.7%和13.5%～66.3%。不接菌處理中,地上部和地下部砷濃度分別為246.7～438.9mg kg-1和102.6～231.4mg kg-1。接菌處理后,分別增加到754.1～1425.7mgkg-1和121.5～351.4ng kg-1.接菌也顯著提高了蜈蚣草的砷轉(zhuǎn)運(yùn)能力,轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TF)提高了116%～315%�；谏榈倪�原作用僅發(fā)生于接菌處理的水溶液中,我們推測(cè)砷吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的增加是PAHAs-1介導(dǎo)的砷還原作用所致。此外,接菌處理使蜈蚣草體內(nèi)SOD活性和GSH水平呈下降趨勢(shì),表明接菌有助于減緩菲砷的脅迫作用。雖然蜈蚣草可以吸收少量的菲,但其貢獻(xiàn)不足1%。PAHAs-1的降解是菲去除的主要途徑。 據(jù)我們所知,本研究中耐鹽菌株的C-9,10和C-3,4菲代謝途徑和獲得的砷還原和PAHs降解的雙功能菌株均為首次報(bào)道。本研究結(jié)果為兩菌株應(yīng)用于實(shí)際污染場(chǎng)地的生物修復(fù)提供了理論依據(jù)和參考。
【圖文】：

微生物的砷代謝機(jī)制（圖片來源于I^ez-Espino等1"71，2009)

圖1.9蜈蛇草不同的組織結(jié)構(gòu)Figure 1.9 Schematic of different parts of R vittata. Modified fromhttp://www.floravascular.com/plantas/FI/PterisO/820vittata.jpg.蜈蛇草己被選作研宄植物超富集砷分子機(jī)制的模式植物。目前，，諸多學(xué)者對(duì)蜈蛇草的砷吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和脫毒機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研宄，己取得了一定的研宄進(jìn)展。這些進(jìn)展
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X172;X592

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2646339