多氯聯(lián)苯降解菌的篩選及其降解性能研究.pdf

1、多氯聯(lián)苯(Polychlodnated biphenyls，PCBs)是一類典型的、分布廣泛的持久性有機(jī)氯代污染物，其組成復(fù)雜，理論上有209種同類物和異構(gòu)體。近20年來，生物降解PCBs的研究一直是環(huán)境科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，獲得能夠降解不同種類PCB同類物的高效好氧降解菌株是其中需要解決的關(guān)鍵問題。 本論文首先以相似物為底物從變壓器油污染點(diǎn)篩選獲得了一株降解PCBs的新菌株，經(jīng)分子生物學(xué)鑒定和生理生化指標(biāo)鑒定，確認(rèn)該菌株為腸桿

2、菌屬(Enterobacter sp.)，命名為L(zhǎng)Y402。進(jìn)一步以Aroclor系列的PCBs混合物為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了該菌株對(duì)不同PCB同類物的降解能力及其影響因素；采用氣相色譜.質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)其中間代謝產(chǎn)物進(jìn)行了鑒定；利用同源分析進(jìn)行引物設(shè)計(jì)，通過PCR等方法對(duì)LY402中的PCB降解酶基因進(jìn)行了全面解析，獲得了如下研究結(jié)果： (1)Enterobacter sp.LY402休眠細(xì)胞在30℃對(duì)濃度為2mg/L的Aroc

3、lorl242、1254、1260的降解率分別能夠達(dá)到87.3％、60％和29.1％。LY402能夠降解高濃度的PCBs，LY402對(duì)100mg/LAroclorl242的6天降解率能夠達(dá)到60％，說明該菌株具有很強(qiáng)的抗污染物毒性的能力。 (2)Enterobacter sp.LY402對(duì)3mg/L的Aroclor系列(1242：1254：1260=1:1:1)混合物生物降解動(dòng)力學(xué)研究表明，在無外加碳源的無機(jī)鹽液體培養(yǎng)基中，經(jīng)

4、過6天降解，91個(gè)色譜峰中的51個(gè)消失，23個(gè)色譜峰的峰面積有不同程度的降低，10余個(gè)色譜峰的峰面積未見明顯變化，75％Aroclor系列混合物被有效降解。 (3)不同PCB同類物的生物降解速率相差很大，氯取代數(shù)量和取代位點(diǎn)是影響生物降解速率的主要因素。在氯取代數(shù)量影響PCB同類物生物降解率的考察中發(fā)現(xiàn)，2-5個(gè)氯取代的所有PCB同類物均能被LY402快速有效降解；95％的6氯代PCB異構(gòu)體能夠被有效降解；75％的7氯代PCB

5、異構(gòu)體能夠被降解，其降解效果雖不如6氯代的PCB異構(gòu)體高，但仍很明顯；8氯、9氯取代的PCB同類物幾乎未被降解。LY402對(duì)PCBs的降解總體上遵循隨著氯取代數(shù)量的增多，生物降解速率降低的規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，氯取代位點(diǎn)對(duì)PCB同類物和異構(gòu)體的生物降解率有很大影響。Enterobacter sp.LY402既能降解鄰位氯取代的PCBs，也能降解對(duì)位氯取代的PCBs，但對(duì)位氯取代(4，4'和3，3'，4，4')對(duì)生物降解具有明顯的抑制作用。在1

6、12個(gè)PCB同類物中，有13個(gè)未被有效降解，其中的12個(gè)含有3，3'，4，4'氯取代位點(diǎn)，包括具有共平面或類共平面結(jié)構(gòu)的高毒性PCBs。與已經(jīng)報(bào)道的PCBs高效降解菌株相比，Enterobacter sp.LY402的PCBs降解效果總體上優(yōu)于其它菌株。 (4).Enterobacter sp.LY402降解PCBs代謝產(chǎn)物的研究表明，LY402在降解PCBs的過程中會(huì)產(chǎn)生不同取代位點(diǎn)的氯代苯甲酸，發(fā)現(xiàn)在降解過程中存在顯著的好

7、氧脫氯現(xiàn)象。同時(shí)證實(shí)LY402對(duì)PCBs的代謝產(chǎn)物氯代苯甲酸也有一定的降解作用，可以部分降解單氯代氯苯甲酸，但對(duì)兩個(gè)氯以上取代的氯代苯甲酸降解效果不明顯。 (5)對(duì)Enterobacter sp.LY402降解PCBs的系列降解酶基因(biphenyl-catabolic gene，bph)進(jìn)行了解析。發(fā)現(xiàn)在LY402的細(xì)胞中含有一個(gè)約20Kb的質(zhì)粒，PCB降解相關(guān)基因均位于質(zhì)粒上。根據(jù)降解基因的同源性設(shè)計(jì)引物、通過PCR擴(kuò)增

8、并對(duì)產(chǎn)物測(cè)序，獲得了LY402中bph基因簇的幾乎全部基因序列(10.65Kb)，通過序列比較分析發(fā)現(xiàn)，LY402的bph基因簇與已發(fā)表的PCB高效降解菌株P(guān)seudomonas sp.LB400的相關(guān)序列高度同源，只在聯(lián)苯雙加氧酶的小亞基發(fā)生了一個(gè)堿基的突變(C70→T)，該堿基突變導(dǎo)致一個(gè)氨基酸的變化(THr24→lle)。但LB400中的bph基因簇是處于1400Kb的巨型質(zhì)粒上，由于兩個(gè)菌株的種屬親緣性相差較遠(yuǎn)，對(duì)于二者PCB降

9、解基因上的高親緣性目前還缺乏準(zhǔn)確的解釋。 (6)表面活性劑作為降解菌LY402的碳源能夠明顯促進(jìn)PCBs的生物降解。在相同條件下，在以2g/L的生物表面活性劑月桂酸蔗糖酯和非離子表面活性劑Tween-80為碳源的生長(zhǎng)細(xì)胞體系中，LY402對(duì)4mg/L Aroelorl242的12小時(shí)降解率分別達(dá)到75.4％和64.7％，比相同情況下的以聯(lián)苯為碳源的降解體系降解率分別高出20.6％和9.9％。研究了月桂酸蔗糖酯對(duì)不同組成Aroe

10、lor系列PCBs生物降解率的影響。在2g/L月桂酸蔗糖酯生長(zhǎng)細(xì)胞體系中，LY402對(duì)2 mg/L的Aroclorl242、1254、1260的生物降解率分別為98.5％、79.9％和64.5％，比相同情況下的休眠細(xì)胞體系分別提高了12.2％、19.9％和35.5％，尤其使6氯、7氯等高氯取代PCB同類物的生物降解率得到了顯著提高。 上述研究結(jié)果表明，Enterobacter sp.LY402是迄今發(fā)現(xiàn)的好氧降解效率最高、降解