【摘 要】
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苯系物（BTEX,benzene、tolunene、ethybenzene、xylene）是一类具有极大毒性的有机物质,微生物降解是BTEX自然衰减的关键作用,现有物质浓度、微生物,乃至单体同位素分析,均难以对其进行综合监测、评估。能量是贯穿微生物降解的状态变量,在BTEX微生物降解过程中与物质转化相互交织,可从新角度解译微生物降解作用,但目前相关研究较为缺乏。为此,本研究以地下水BTEX微生物降
【基金项目】
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地质科学院基本科研业务费项目“ATP能量代谢检测技术在BTEX自然衰减监测中的应用”（编号:YYWF201519）； 中国地质调查项目“太行山前松散含水层多源污染微生物调查及典型有机污染物迁移途径与监测自然衰减评价”（编号:DD20160309）；
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苯系物（BTEX,benzene、tolunene、ethybenzene、xylene）是一类具有极大毒性的有机物质,微生物降解是BTEX自然衰减的关键作用,现有物质浓度、微生物,乃至单体同位素分析,均难以对其进行综合监测、评估。能量是贯穿微生物降解的状态变量,在BTEX微生物降解过程中与物质转化相互交织,可从新角度解译微生物降解作用,但目前相关研究较为缺乏。为此,本研究以地下水BTEX微生物降解过程为研究对象,开发针对地下水微生物的能量代谢检测技术;构建物质-能量耦合关系模型,并形成与物质转化相关的能量代谢指标;将新模型及指标应用于室内模拟实验及野外应用研究,揭示微生物降解的能量代谢响应机制。主要成果如下:（1）针对地下水微生物能量代谢物质三磷酸腺苷（adenosine triphosphate,ATP）、二磷酸腺苷（adenosine diphosphate,ADP）、及磷酸腺苷（adenosine monophosphate,AMP）开发的液相色谱检测技术采用热水法进行前处理,可同时检测ATP、ADP及AMP,检出限0.1ppm;荧光素酶检测技术可快速检测ATP、ADP及AMP,加入水样体积为150μl,最低测定限为0.025 ppb,最高测定限为50.0ppb,无需前处理即可用于地下水微生物的检测;（2）基于物质转化、能量代谢原理,构建了地下水微生物物质-能量耦合关系模型,公式为:-（1/2）*d[ATP]/dt+（1/2）*d[ADP]/dt+d[AMP]/dt-0.65*[ATP]/（100+[ATP]）=dci/dt（ci为物质转化指标）,首次将地下水微生物降解的物质转化与能量代谢关系模型化。并建立了能量代谢的新指标——物质转化相关腺苷酸STCA,计算方式为（1/2）*（1nADP-1nATP）+1nAMP,该指标实现了对能量代谢单指标的降维,并与物质转化指标建立了显著的线性关系;（3）利用电子供受体指标（COD、DO、NO3-等）随时间、距离的变化及累积概率曲线可区分不同的微生物降解作用类型,在每个降解作用类型下,可用ln ATP随时间、距离的变化区分不同降解阶段（调整期、对数期、稳定期、衰减期）;（4）在好氧作用及反硝化作用的不同降解阶段下,能量代谢指标STCA、lnAP与物质转化指标COD随时间、距离的变化均符合线性规律,COD为场地BTEX有机污染的综合代表性指标,证明能量代谢指标与有机污染指标间存在极好的响应机制。场地微生物种群结构研究表明,菌种unclassifiedfAlcaligenaceae（未分类产碱杆菌）在所有样品中分布最广,且与COD、STCA、ln AP具有显著的相关关系,可作为能量代谢响应的指示菌种。综上,本研究成果可望为地下水污染自然衰减修复、地下水污染风险评估及综合防控等提供科学依据及技术支撑。
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