苯(a)并芘降解菌的筛选及降解特性研究

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多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是一类危害性强的有机污染物,并且广泛存在于大气、水体及土壤中,针对多环芳烃的修复方式主要包括物理修复、化学修复和生物修复等,如何高效、环保地实现多环芳烃的降解一直是环境科学领域的研究重点和难点。微生物修复技术具有设备简单、价格低廉、二次污染少等优点,因此具有广泛发展前景。苯并(a)芘(BaP)是一种高环多环芳烃,毒性较大难以降解,本研究以BaP为唯一碳源,应用富集培养法从污染场地土壤中筛选驯化出1株土著高效降解菌(C2),通过分析其生长条件、降解能力及降解特性得出菌株的最佳生长条件及BaP的最佳降解条件,并对其降解过程中酶活性的变化和代谢产物进行了研究。主要研究结果如下:(1)从污染场地土壤中筛选获得1株BaP降解菌C2,经过驯化后该菌株对BaP耐受性可达200 mg/L。通过形态学和16Sr DNA序列同源性分析,C2被鉴定为耐盐芽孢杆菌(Bacillus halotolerans),革兰氏染色阳性。利用单因素法确定该降解菌株的最佳培养条件:10%的接菌量、p H=7、马铃薯培养基、10/50 m L装液量。(2)以BaP为唯一碳源,利用液体培养的方式明确了该菌株降解BaP的最适宜降解条件为:底物初始浓度10 mg/L、p H=7、接菌量为10%、降解时间12 d,在最适宜降解条件下,BaP去除率可达55.11%。分别选取五种共代谢基质进行降解,结果表明胰蛋白胨是最佳代谢底物。(3)根据菌株对BaP的不同作用方式,分别量化了菌株体外吸附、体内摄取和生物降解过程对BaP去除的贡献,在降解第3 d时,其中体外吸附占15%,体内摄取占39%,生物降解占32%。接着研究了降解过程中脱氢酶活性和双加氧酶活性含量变化,并指出两种酶主要在降解的第4-12 d起关键作用。(4)利用GC-MS测定C2菌株降解BaP过程中的中间产物,结果显示15-冠醚-5、十二烷基二甲基叔胺、乙酰柠檬酸三丁酯、油酸酰胺、二乙二醇二苯甲酸酯等是主要中间代谢产物,由此推测C2菌对BaP的降解有多个途径。(5)利用发芽实验监测BaP过程中生物毒性的动态变化。以种子发芽率、根伸长抑制率和发芽指数来表征不同浓度的BaP及加菌处理对满堂红种子的影响。加菌处理后发芽率提高了1-6%,根伸长抑制率降低了2.3-16%,发芽指数提高了0.3-18%,有效降低了BaP的毒害和抑制作用,从而更好地促进种子的发芽及生长发育。(6)利用土壤培养试验验证土壤BaP的生物修复效果。在加入菌株C2的土壤样品中,经过42天的降解后土壤中的BaP的去除率可达43.47%,表明该菌株在土壤环境中能够显著促进BaP的降解,具有修复土壤中BaP的潜力。本文的研究结果表明,筛选出的降解菌C2,对水体及土壤中的BaP污染具有良好的降解效果,可为山西土壤污染治理提供良好的土著菌种资源。
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