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环境内分泌干扰物(ECDs)又称环境激素,是存在于环境中的一类可以影响人类和动物的内分泌系统,导致其生殖、发育和行为异常的化学物质。由于它们的内分泌干扰性以及对人类的危害,环境内分泌干扰物已经成为国内外研究的新热点。邻苯二甲酸酯(PAEs)是一大类人工合成的有机物,主要用于增塑剂,以增加产品的韧性和可塑性,它们也是ECDs中一类化合物。近年来,随着塑料产品的大量生产、使用和丢弃,PAEs被不断地释放到环境中,由于它们的水溶性较低、亲脂性较高,容易通过食物链在人体类富集,对人体产生不可逆的损伤。由于它们在环境介质中的普遍存在及其具有“致畸、致癌、致突变”的作用和环境内分泌干扰性,已经成为全球最普遍的一大类污染物之一,被称为“第二个全球性的PCB污染物”。
世界范围内,至少有15亿人口将浅层含水层中的地下水作为饮用水的主要来源,调查显示,PAEs广泛存在于地下水中;地下水通常温度较低,营养物质缺乏,微生物种类和数景较少,关于PAEs对地下水环境介质中的微生物多样性有何影响以及能否被微生物降解至今还缺乏足够的研究。
本论文以地下水环境中检出率及含景均较高的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为对象,在模拟浅层地下水低温缺氧的环境下研究其对沉积物中微生物多样性的影响,从中分离出DBP的高效菌株并对其进行鉴定及初步探究其降解特性,旨在为地下水的保护和DBP的污染原位修复提供理论依据。
论文取得了以下成果:
一、在模拟浅层地下水低温、缺氧的环境条件下,利用BIOLOG ECO微平板法研究了经不同浓度DBP处理的江汉平原浅层含水层沉积物中微生物的数量、整体活性、多样性指数以及代谢功能多样性。结果表明:微生物的数量、整体活性随DBP浓度不同有差异;丰富度指数、Shannon指数与对照相比差异均不显著,而Simpson指数和Mclntosh指数差异显著。低浓度DBP(<400mg·kg-1)可以抑制部分微生物的生长,而促进与DBP代谢有关的微生物活性;高浓度DBP(796mg·kg-1)则抑制了微生物数量,破坏物种的均一度,最终导致沉积物中微生物功能多样性发生改变而产生代谢变异性。
二、从该沉积物中驯化、筛选、分离出一株PAEs的高效降解菌并对其进行了鉴定。该菌被命名为SASHJ,16S rDNA序列在GenBank中的登录号为HQ395382。该菌为革兰氏阴性菌,短杆状浅黄色,(0.4~0.6)μm×(1.1~2.6μm),35℃下培养24-36h,可在牛肉膏蛋白胨培养基平板上见到直径为0.1-0.5mm的浅黄色圆形不透明菌斑,当培养时间延长到72h后,颜色加深呈亮黄色;16S rDNA序列同源性比较发现其16S rDNA序列与Bacillus sp.多个菌株的相似度最大,达99%,该菌株被鉴定为Bacillus sp.;该菌在13℃~30℃之间均可生长,在25℃以上生长较快,能适应pH6~9的环境,在中性偏碱性环境中生长良好,且该菌为轻度嗜盐的耐盐菌。
三、研究了菌株Bacillus sp. SASHJ对DBP的降解动力学以及环境因素对其降解效果影响,并在此基础上研究其在地下水中的降解情况。结果表明:菌株Bacillus sp. SASHJ降解DBP的过程符合一级动力学方程。当DBP初始浓度为7.9mg·L-1和43.3mg·L-1时,降解速率常数κ分别为0.01和0.0096,相应的半衰期为69h和72h;该菌株最适宜的降解温度为30℃,在13~18℃之间,该菌株6d后对DBP的降解效率约为42.6%~62.6%:最适宜的pH是8,在中性偏碱性环境中降解效果较好;适量的NaCl(1g·L-1)促进了Bacillussp. SASHJ对DBP的降解效率,而过量的盐度NaCl(25g·L-1)抑制了DBP的降解过程;菌株Bacillus sp.SASHJ对DBP的降解效率随着降解菌浓度的增加而增加;利用该菌株对含有32.5mg·L DBP的新鲜地下水进行降解研究,结果表明该过程也符合一级动力学,降解速率常数κ为0.0149h-1,降解半衰期为46.5h,在开始的80h内能将74%的DBP降解掉。
本论文的创新之处在于:首次研究了DBP对浅层含水层微生物多样性的影响和模拟地下水的环境条件下DBP的微生物降解特性。一般情况下,地下水系统的温度13~18℃,中性偏碱性环境,含有一定的盐度。由上述研究结果可知,在该环境条件下,菌株Bacillus sp.SASHJ在6d后对43.3mg·L-1DBP的降解效率为60%左右;不仅如此,新鲜地下水降解实验表明,该菌对DBP的降解半衰期更短,可见,将该菌用于地下水原位修复具有广阔的发展前景。