【摘 要】
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污染环境中因重金属与芳香污染物的复合及其复杂性始终是限制生物修复效果的瓶颈问题,探究微生物对重金属与芳香污染物复合状态下的转化机制,提出行之有效的生物修复技术策略是解决复杂污染环境问题的关键。研究表明白腐真菌分别具有重金属转归以及芳香污染物矿化的能力,那么白腐真菌是否具有潜在的重金属和芳香污染物共转化能力?其共转化分子机制又是什么?针对此科学问题,本研究以具有良好芳香污染物降解能力的白腐真菌毛栓菌
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污染环境中因重金属与芳香污染物的复合及其复杂性始终是限制生物修复效果的瓶颈问题,探究微生物对重金属与芳香污染物复合状态下的转化机制,提出行之有效的生物修复技术策略是解决复杂污染环境问题的关键。研究表明白腐真菌分别具有重金属转归以及芳香污染物矿化的能力,那么白腐真菌是否具有潜在的重金属和芳香污染物共转化能力?其共转化分子机制又是什么?针对此科学问题,本研究以具有良好芳香污染物降解能力的白腐真菌毛栓菌Trametes hirsuta TH315为出发菌株,深入研究了毛栓菌T.hirsuta TH315对重金属Cr(Ⅵ)与芳香污染物Reactive Black5(RB5)复合体系的降解与转归及其生理生化特征,并基于所发现的共转化现象,进一步通过转录组学研究结合多种技术手段,解析了复合污染物共转化的机制,全文主要结论如下:1.毛栓菌T.hirsuta还原Cr(Ⅵ)的同时显著促进RB5的降解在Cr(Ⅵ)与RB5复合污染物体系中,毛栓菌T.hirsuta TH315能够将高毒性Cr(Ⅵ)有效还原为低毒性Cr(III),且复合污染物体系胞外Cr(Ⅵ)转归效率与单一Cr(Ⅵ)体系相同,均达到了96%以上。胞外漆酶活性与不同单一体系(白腐菌、RB5或Cr(Ⅵ)体系)相比显著提高,6天后漆酶活力达到648.16 U/L;与此同时,相应的复合污染物体系中偶氮染料RB5降解率较单一RB5体系显著增加,最大降解率由57.15%提高到83.65%,降解效率提升高达1.46倍,由此发现了白腐真菌对Cr(Ⅵ)及芳香污染物共转化现象。2.Cr(Ⅵ)氧化胁迫与毛栓菌T.hirsuta对复合污染物的转归密切相关Cr(Ⅵ)与RB5复合污染物体系的转录组学研究显示,相较于无污染物处理对照,Cr(Ⅵ)胁迫促使毛栓菌T.hirsuta TH315差异表达基因显著富集,如芳香化合物分解酶系及Cr(Ⅵ)还原酶系相关基因。其中与芳香污染物降解相关的1个漆酶基因表达显著升高,与Cr(Ⅵ)还原相关的1个草酸脱羧酶基因表达显著下降,暗示着Cr(Ⅵ)氧化胁迫在启动毛栓菌T.hirsuta TH315还原Cr(Ⅵ)的同时,也诱导了芳香污染物降解相关基因尤其是漆酶基因的表达。且与白腐真菌对复合污染物共转化密切相关。3.解析了毛栓菌T.hirsuta对Cr(Ⅵ)与偶氮染料RB5复合污染物共转化机制Cr(Ⅵ)与RB5复合污染物体系生化及分子生物学研究表明,Cr(Ⅵ)主导了对毛栓菌T.hirsuta TH315的氧化胁迫,与之相应,草酸分解代谢相关草酸脱羧酶的抑制促进草酸的积累并参与Cr(Ⅵ)还原,同时芳香污染物分解相关漆酶分泌的增强促进RB5的降解,有效提高毛栓菌T.hirsuta TH315的Cr(Ⅵ)耐受转化及芳香污染物降解性能,由此明确了毛栓菌T.hirsuta TH315对Cr(Ⅵ)与RB5复合污染物共转化的独特机制。4.毛栓菌T.hirsuta对Cr(Ⅵ)与RB5复合污染物共转化机制的普适性在Cr(Ⅵ)与不同芳香污染物的复合污染物体系中,发现Cr(Ⅵ)依然主导了毛栓菌T.hirsuta TH315的氧化胁迫,同样诱导了复合污染物共转化相关功能基因。在Cr(Ⅵ)与不同芳香污染物如多环芳烃芴、偶氮染料橙黄G、磺胺二甲基嘧啶以及磺胺甲恶唑的复合污染物体系中,漆酶活力分别提高1.52、2.36、3.31和3.77倍。在Cr(Ⅵ)被还原解毒的同时,因漆酶表达增强有效提升毛栓菌T.hirsuta TH315的芳香污染物降解性能,其对多环芳烃芴、偶氮染料橙黄G、磺胺二甲基嘧啶以及磺胺甲恶唑的降解率分别提高了5.45%、37.35%、38.46%和31.54%。表明毛栓菌T.hirsuta TH315对Cr(Ⅵ)与芳香污染物复合体系共转化机制具有普适性。综上所述,本研究不仅发现了毛栓菌T.hirsuta TH315在重金属Cr(Ⅵ)与不同芳香污染物复合体系下具有共转化效应,而且解析了白腐真菌如何应对Cr(Ⅵ)主导的氧化胁迫压力,启动对重金属还原解毒及芳香污染物降解,完成复合污染物的共转化。相关研究结果不仅补充与完善了白腐真菌对复合污染物共转化的理论,也为环境污染物真菌生物修复的有效应用奠定了理论基础。
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