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除塑料、橡胶、玻璃等大型污染物外,环境中还存在一些“新污染物”正以一种“看不见”的方式潜移默化的影响着我们的生态与安全。这些污染物往往在痕量水平即会对生态环境与生物体产生影响。其中类固醇激素作为一类典型的内分泌干扰物,随着其使用量的增加及在环境中被频繁检出,被列入新型污染物的“大家族”。鉴于类固醇激素在环境中的影响,研究其去除就成为一项非常重要的任务,其中微生物在处理环境污染物方面具有速度快、效率高、消耗低、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。目前有关合成类固醇孕激素的研究主要围绕其环境污染特征及生态毒理效应展开,而关于其微生物降解的研究比较有限,且对于其微生物降解主要集中在雌激素的降解机制研究,关于合成孕激素与合成皮质激素的微生物降解特别是单菌降解研究还存在相当大的空白,本研究即基于此空白的基础利用环境水作为菌种源筛选可降解类固醇激素的单菌,并对其降解机制进行研究,可为此类污染物的防治与环境风险评估提供科学理论依据。(1)为更好的解析单菌对类固醇激素的降解规律,获得优质的种质资源,有目的的筛选得到了3株类固醇激素降解菌株。本研究以某养猪场的废水为菌源,有目的地驯化分离出19株单菌,其中9株具有黄体酮直接降解能力。为了进一步了解这些微生物对合成类固醇激素的降解潜力,选择了屈螺酮(Drospirenone,DPN),左炔诺酮(Levonorgestrel,LNGT)和醋酸炔诺酮(Norethisterone acetate,NTRA)3种典型的合成孕激素和一种典型合成糖皮质激素地塞米松(Dexamethasone,DEX)作为目标物对9株单菌进行了降解功能验证,发现6株具备降解能力,其中3株(Rhodococcus sp.D32、Mycolicibacterium sp.H38、Gordonia sp.H52)能够降解目标激素中的多种,具有更好的应用潜力。因此,对这3株菌株降解目标类固醇激素的降解特性进行了重点考察。本研究为类固醇激素的微生物降解筛选出了众多有潜力的菌株,为后续研究提供了优质的研究对象。(2)为探究菌株对于合成孕激素的降解规律,解析了3株菌(Rhodococcus sp.D32、Mycolicibacterium sp.H38、Gordonia sp.H52)对DPN、LNGT、NTRA的降解规律。合成孕激素的降解动力学结果显示,不同的菌株对目标激素的降解速率存在明显差异,所选3株菌(Rhodococcus sp.D32、Mycolicibacterium sp.H38、Gordonia sp.H52)对DPN、LNGT、NTRA的降解半衰期分别在4.39-6.39h、3.53-4.53 h、2.94-5.37 h之间。其中,菌株D32降解DPN遵循一级反应动力学模型,其余降解均遵循零级反应动力学模型。以菌株D32对目标合成孕激素的降解性能最优,能降解DPN、NTRA、LNGT,且降解速率最快。其次为菌株H38,其降解效果与菌株D32类似,降解具有高效性。菌株H52的降解性能略弱于菌株D32与H38,可降解NTRA、LNGT两种孕激素。目前对于单菌降解合成孕激素鲜有报道,菌株D32、H38、H52与以往研究中的生物降解相比,其降解具有高效性,可为合成类固醇孕激素的生物控制与修复提供优质的种质资源,也可为后续深入研究提供理论依据。(3)为探究Rhodococcus sp.D32对合成皮质激素地塞米松的降解特性,对菌株D32降解地塞米松进行了详细的研究。(a)Rhodococcus sp.D32在30℃,180 rmp,MH肉汤中长势较好。其生长曲线显示,27 h时,菌株D32进入稳定期。另外,该菌可以以DEX作为唯一碳源进行生长,其A595与蛋白量发生了显著的增长。通过单菌降解动力学实验确定了Rhodococcus sp.D32在MH中降解DEX符合零级反应动力学(R~2=0.987)和一级反应动力学(R~2=0.895),显著性均P<0.0001,降解半衰期为7.38 h。在不同的降解时期利用QTOF-MS进行转化产物的检测,共检测到6种降解产物(TPs),并基于TPs构建了DEX的生物降解途径,包括氢化、C21氧化脱氢、侧链脱羧、A环内酯化和内酯水解。其中,A环内酯化及其后内酯水解是未见报道的新途径,并首次提出转化产物TP3和TP4。Rhodococcus sp.D32在实际环境水样中可以有效降解DEX。菌株D32的添加显著提高了DEX在不同类型环境水中的降解速率,之前检测到的产物TP1-TP5均在降解过程中被检测到,在降解率达到80%左右时这些产物被进一步降解。Rhodococcus sp.D32全基因组分析结果显示,菌种D32没有质粒、原噬菌体、转座元件,故其功能相对稳定。通过KEGG注释发现菌株D32中有13个与类固醇激素降解相关的基因,主要与氧化酶有关,其中还有9个脱氢酶、9个加氢酶、7个水解酶、26个脱羧酶、16个氧化酶、4个异构酶可能与类固醇激素降解相关。Rhodococcus sp.D32在DEX污水处理中具有很大的潜力,可以加速DEX及其TPs的降解,有利于控制其环境风险。本研究结果有助于我们更好地理解DEX的环境行为,并显示了菌株D32在去除水体DEX污染物方面的巨大潜力,同时对于DEX这类物质降解机制的研究提供一定的参考。