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多环芳烃(PAHs)是一种毒性强、结构复杂并在自然环境中稳定存在的持久性污染物。微生物降解被认为是修复多环芳烃污染最有潜力的一种途径,其主要具有低成本和无二次污染的特点。目前,仍然缺乏高效厌氧降解高浓度多环芳烃的生物修复系统,且其降解机理及降解路径也不明确。关于有机溶剂及秸秆对多环芳烃厌氧降解有效性的研究也很少。本实验采集舟山市近海海域沉积物样本,并加入3 g/L石油对沉积物进行驯化。驯化的海洋沉积物建立一系列序批次厌氧反应器,并通过投加不同碳源与多环芳烃组合,以沉积物单一消化为对照组(B.0),研究添加不同碳源条件下,含有高浓度多环芳烃的海洋沉积物进行厌氧降解的代谢效率及机理。在添加不同碳源与受高浓度多环芳烃污染的海洋沉积物共代谢过程中,采用GC/MS和高通量测序技术检测不同实验组中多环芳烃及微生物群落结构的变化。本研究评估不同碳源的添加对多环芳烃降解效率的影响以及分析多环芳烃厌氧降解的特征及代谢机理。主要研究内容和结果如下:(1)对驯化海洋沉积物的理化指标进行实验室检测,其pH在7.4-7.6之间,硝酸盐和硫酸盐等电子受体浓度为0-4.7 mg/kg。通过GC/MS技术测定16种多环芳烃浓度,总含量为22.41-34.78 mg/kg。(2)将丙酮和二氯甲烷以不同组合作为苯并[a]芘的有机溶剂时,经过45天的培养,200 mg/L苯并芘的降解率在B、BC、BL和BCL分别为69.53%、95.67%、60.70%和71.91%;通过高通量测序技术发现,添加丙酮或二氯甲烷能提高 Romboutsia、Fusibacter 和 Dethiosulfatibacter 的相对丰度,Desulfosarcina、Thioalbus、Sedimenticola和Desulfuromonas可能促进环境中苯并[a]芘的厌氧降解。(3)本实验通过PICRUSt功能预测得到参与苯并[a]芘代谢的酶:羟化酶(K00517 和 K03384)、氢化酶(K14128)、双加氧酶(K00446、K14583、K07104、K11945 和 K14579)、脱氢酶(K13953、K13954、K11947、K00001、K00121 和K04072)、甲基化酶(K00568)、水化酶(K14585)和脱水酶(K13920)。通过GC/MS 测定苯并[a]芘的代谢中间体:4,5-dihydro-BaP、7,8-dihydro-BaP、phenanthrene、anthracene、benz[a]anthracene-7,12-dione、pyrene、9-phenanthrenol、4,5-dihydro-pyrene、1,2,3,4-tetrahydro-phenanthrene、9,10-dihydro-anthracene、9,1 0-anthracene-dione、3-methylsalicylic acid、β-(1-naphthyl)acrylic acid、benzeneacetic acid、1,2,4-benzenetricarboxylic acid 和 naphthalene。由此得到苯并[a]芘厌氧降解的生化代谢途径。(4)本实验在BC样品中首次检测出benz[a]anthracene的新降解途径。benz[a]anthrcecene的通过初始氧化反应获得检测到的有机化合物benz[a]anthracene-7,12-dione,主要通过以下酶:羟化酶(K00517),甲基化酶(K00568),双加氧酶(K1 1945 和 K14579),脱水酶(K13920),脱氢酶(K00121和 K04072),水合酶(K14585)。然后生成的 benz[a]anthracene-7,12-dione 经过加氢酶(K14128),双加氧酶(K00446,K07104 和K11945)转化为 2-naphthoicacid。(5)实验主要研究葡萄糖或秸秆酸解液作为苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、芘和菲四种多环芳烃的共代谢物质时,经过100天的培养,苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、芘和菲的降解效率分别为 1.71-1.84 mg/L.d-1、0.21-0.22 mg/L.d-1、3.88-4.09 mg/L·d-1和4.02-4.16 mg/L·d-1;添加秸秆酸解液或葡萄糖溶液后,硫酸盐还原菌Desulfuromonas、Desulforhopalus、Desulfovibrio、Desulfobulbus、Desulfobacter、Dethiosulfatibacter和Halodesulfovibrio的相对丰度有一定程度的增加,说明有部分硫酸盐还原菌参与多环芳烃的厌氧降解。