水体中1,2,3—三氯丙烷的降解及微生物群落演化

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1,2,3-三氯丙烷(TCP)是一种人工合成的有机物,具有高毒性,难降解的特点,其广泛应用于工农业生产中。已有少数研究证实TCP是可生物降解的,而且一般认为环境中微生物对TCP的降解是多种菌群共同作用的结果。为了解环境污染水体中TCP的降解机制和降解过程中微生物群落结构的变化,本研究于2019年5月在上海某氯代烃场地进行了取样,并对该场地含水层底泥样品中的微生物进行富集培养,进而利用GC-MS监测TCP和降解产物的浓度变化,同时结合分子生物学技术和生物信息学手段,分析TCP的降解机理、降解动力学以及降解过程中的微生物群落演化。实验结果表明:(1)富集培养的微生物在微氧,TCP初始浓度为10 mg/L,pH为7.0左右,温度30℃时发生降解。且该降解符合零级共代谢降解,降解速率常数约为2 mg/(L?d),降解中间产物为3-氯丙烯。推测TCP降解机理为:酵母浸粉(有机物)通过厌氧发酵作用产生H2,微生物利用H2为电子供体,TCP为电子受体,发生脱氯反应(脱两个氯离子),产生中间产物3-氯丙烯。整个反应过程中微生物以硫酸盐为电子受体,通过氧化酵母浸粉产生能量。硫酸盐还原产生的硫化物与中间降解产物3-氯丙烯反应生成烯丙基硫醇。(2)对微生物多样性和群落结构分析发现,微生物多样性呈现逐渐升高然后降低趋势。拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)为菌群中的主要门类。其中,拟杆菌门的丰度随着TCP降解实验的进行逐渐升高,厚壁菌门丰度几乎不发生变化,变形菌门丰度逐渐减少。屠场杆状菌属(Macellibacteroides)、小纺锤状菌属(Fusibacter)、假单胞菌(Pseudomonas)为主要菌属,其中,屠场杆状菌属(Macellibacteroides)丰度随着TCP降解实验的进行呈现逐渐升高的趋势,假单胞菌(Pseudomonas)丰度逐渐减少,小纺锤状菌属(Fusibacter)丰度几乎不发生变化。(3)与TCP降解相关的功能基因主要为硫代谢(sulfur metabolism)基因和氯烷烃及氯烯烃降解(chloroalkane and chloroalkene degradation)基因。其中,硫代谢基因随着TCP降解实验的进行丰度几乎不发生变化。氯烷烃及氯烯烃降解功能基因在TCP开始发生降解时丰度最高,其它时期丰度变化波动较小。
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