【摘 要】
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氯代芳香烃化合物是污染场地常见的有机污染物,其性质稳定、难生物降解。以脱卤呼吸菌为核心的原位生物修复是氯代有机物污染场地修复的重要技术。然而,环境中重金属往往会与氯代有机物共存,并以多种方式对微生物细胞产生有害影响,降低氯代有机物的生物去除效率。开展重金属胁迫影响厌氧生物还原脱氯过程的规律和机制研究,对于强化复合污染场地中重金属和氯代有机物的同步去除有重要意义。因此,本论文选取一株典型的Pseud
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（牵头）-国际（地区）合作与交流项目《弱电能强化地下水生物脱卤效能及调控机制》,项目编号为（NFSC20200004）；
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氯代芳香烃化合物是污染场地常见的有机污染物,其性质稳定、难生物降解。以脱卤呼吸菌为核心的原位生物修复是氯代有机物污染场地修复的重要技术。然而,环境中重金属往往会与氯代有机物共存,并以多种方式对微生物细胞产生有害影响,降低氯代有机物的生物去除效率。开展重金属胁迫影响厌氧生物还原脱氯过程的规律和机制研究,对于强化复合污染场地中重金属和氯代有机物的同步去除有重要意义。因此,本论文选取一株典型的Pseudomonas sp.CP-1,其能够将2,4,6-三氯酚（2,4,6-TCP）还原脱氯为4-氯酚（4-CP）为研究对象,探究了不同类型和不同浓度重金属对2,4,6-TCP还原脱氯过程的影响,并采用比较蛋白组学技术阐明了重金属对脱卤菌细胞代谢的抑制机制和脱卤菌响应重金属的抗性机制,全面揭示了典型重金属类型和浓度对厌氧脱卤呼吸菌影响的分子机制。不同重金属类型(Cr6+、As5+、V5+、Cd2+和Cu2+)和浓度（50 mg/L、20 mg/L、5 mg/L、0.5 mg/L和0.05 mg/L）对菌株CP-1的还原脱氯影响效果分析表明,在0.05mg/L时,各重金属(除Cu2+外)对还原脱氯过程均显示出较小的抑制作用（k/k0=0.76～1.13）,且随着浓度的增大,对还原脱氯过程的抑制逐步增强,直至不脱氯。其中Cu2+在低浓度（0.05 mg/L）时显著抑制脱氯（未脱氯）,As5+在高浓度（20 mg/L）下,才显著抑制脱氯（k=0.04,较k0降低了93.28%）。其他金属离子在介于0.05～20 mg/L之间时显著抑制脱氯(Cr6+,0.5 mg/L,未脱氯;Cd2+,0.5 mg/L,k=0.074,较k0降低了87.56%和V5+,5 mg/L,未脱氯)。比较蛋白质组学分析结果表明,0.5 mg/L的As5+和Cu2+胁迫下,菌株CP-1中存在的显著差异蛋白数分别为393（293个上调,100个下调）和802（328个上调,474个是下调）个。两种重金属胁迫下,辅酶因子的生物合成和双组分系统等功能中的蛋白质发生显著共上调;核糖体、硫代谢和辅酶因子的生物合成等功能中的蛋白质发生显著共下调;辅酶因子的生物合成功能中的蛋白质同时发生显著上调和下调。菌株CP-1中三羧酸循环、氮代谢和氨基酸代谢过程在Cu2+胁迫下受到明显抑制,在As5+胁迫下受到的抑制较小。核糖体蛋白、ATP合酶亚基、ABC转运蛋白、细胞色素c氧化酶、双组分系统蛋白、伴侣蛋白和琥珀酸脱氢酶等均是蛋白网络互作中主要的节点,表明这些蛋白在金属胁迫下均是显著受影响的蛋白,而核糖体蛋白整体上呈现被抑制的状态,表明0.5 mg/L As5+和Cu2+均严重抑制了菌株CP-1的翻译过程。Cu2+胁迫下,脱卤呼吸过程中脱氢酶簇、电子传递酶簇和脱卤酶簇被广泛抑制,导致电子产量减少,电子传递链被阻断和脱卤活性降低是菌株CP-1脱卤活性被抑制的主要原因。As5+胁迫下,脱氢酶簇、电子传递酶簇中相关酶的表达并未显著下调,脱卤酶cpr A中两个（Q24YE8和Q9F0U7）的活性被抑制,而脱卤酶que G却上调,说明该浓度下菌株CP-1还能维持正常的脱卤呼吸功能。此外,两种金属胁迫下,铜抗性基因簇（cus ABCRS和cop ABZ）和砷抗性基因簇ars的表达都异常活跃,这是菌株CP-1为抵御As5+和Cu2+毒性做出的正向响应。本研究探究了重金属胁迫影响脱卤呼吸菌的效能和分子机制,对解决场地重金属-氯代芳香烃化合物的共污染协同去除提供了重要的理论基础。
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