紅球菌對(duì)多氯聯(lián)苯的降解與趨化及基因組學(xué)研究.pdf

1、多氯聯(lián)苯(Polychlorinated biphenyls，PCBs)是一類典型的持久性有機(jī)污染物，對(duì)人類健康和生態(tài)安全構(gòu)成威脅。PCBs污染土壤的微生物修復(fù)因具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。微生物降解PCBs的研究主要集中在菌株的篩選和代謝途徑的解析，而PCBs的高度疏水性是實(shí)際生物修復(fù)效率低下的重要原因，降解菌的趨化性則有助于提高PCBs生物有效性。目前對(duì)鞭毛菌的趨化與降解研究較多，但對(duì)紅球菌等無鞭毛而又在環(huán)境中廣泛分布的

2、降解菌趨化研究較少。
　　本文以PCBs降解紅球菌Rhodococcus ruber SS1、Rhodococcus pyridinivorans SS2和Rhodococcus biphenylivorans TG9為研究對(duì)象，考察其對(duì)PCBs母體聯(lián)苯和PCBs的耐受與降解能力，以及對(duì)聯(lián)苯及其代謝產(chǎn)物苯甲酸、PCBs及其代謝產(chǎn)物氯代苯甲酸和TCA循環(huán)中間代謝產(chǎn)物的趨化性。選擇降解能力較強(qiáng)的新種模式株TG9進(jìn)行全基因組測(cè)序，通過注

3、釋獲得降解和趨化相關(guān)基因。利用RT-qPCR技術(shù)對(duì)好氧降解關(guān)鍵基因、趨化基因和氣囊蛋白合成基因的表達(dá)進(jìn)行研究。之后以實(shí)際污染水稻土為例，模擬干濕條件下，考察PCBs消減情況，并對(duì)PCBs脫氯菌、好氧降解關(guān)鍵基因、趨化基因和鞭毛蛋白基因豐度進(jìn)行研究，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)菌株SS1、SS2和TG9均有較強(qiáng)的聯(lián)苯耐受和降解性能，其中TG9可耐受超過3000mg/L的聯(lián)苯，且降解PCBs效率較高。3株菌能代謝聯(lián)苯和PCBs的代謝

4、產(chǎn)物苯甲酸和氯代苯甲酸，表明它們具備完整的聯(lián)苯/PCBs代謝途徑。
　　(2)SS1和SS2細(xì)胞表面疏水性高，可能是其降解效率高的重要原因;而TG9的細(xì)胞表面疏水性低，卻有很強(qiáng)的降解能力，原因值得進(jìn)一步探索。
　　(3)點(diǎn)滴平板實(shí)驗(yàn)表明，在固體中，3株菌對(duì)受試PCBs均無趨化性;對(duì)聯(lián)苯有趨化，且TG9屬于誘導(dǎo)趨化;對(duì)聯(lián)苯代謝產(chǎn)物苯甲酸和PCBs代謝產(chǎn)物2-CBA有趨化;對(duì)TCA循環(huán)中間產(chǎn)物也有趨化。對(duì)代謝中間產(chǎn)物和TCA循環(huán)

5、中間產(chǎn)物的趨化可能是菌株對(duì)PCBs高效降解的重要原因。毛細(xì)管趨化實(shí)驗(yàn)表明，在液體中，3株菌對(duì)聯(lián)苯、苯甲酸、2-CBA和TCA循環(huán)中間產(chǎn)物檸檬酸沒有趨化現(xiàn)象。電鏡結(jié)果表明3株菌均無鞭毛和菌毛運(yùn)動(dòng)器官，推測(cè)在固體平板上可能通過滑動(dòng)的方式趨化。
　　(4)TG9基因組大小為5.28M，GC含量68.04％。預(yù)測(cè)有4882個(gè)CDS，tRNA基因53個(gè)，rRNA基因12個(gè)，sRNA基因2個(gè)。TG9基因組擁有完整的聯(lián)苯/PCBs代謝酶bph編

6、碼及調(diào)控基因。TG9基因組含有趨化基因mcp、cheR和cheY。TG9基因組含有氣囊蛋白合成基因簇。
　　(5)RT-qPCR結(jié)果表明，以PCB1為碳源，bphA、cheY4、氣囊相關(guān)基因gvpA、gvpJ和gvpS的表達(dá)量均上調(diào);以聯(lián)苯為碳源，bphA、mcp、cheR、cheY4和gvpJ表達(dá)量顯著上調(diào);以苯甲酸為碳源，bphA和cheY4的表達(dá)量顯著上調(diào);以檸檬酸為碳源，cheY1、cheY4、gvpA和gvpJ的表達(dá)量顯

7、著上調(diào)。推測(cè)mcp、cheR和cheY4基因可能參與TG9的趨化調(diào)控，且TG9對(duì)聯(lián)苯和PCB1的降解和趨化可能有內(nèi)在聯(lián)系。
　　(6)水稻土淹水促進(jìn)高氯代PCBs消減，落干促進(jìn)低氯代PCBs消減。較培養(yǎng)初期，脫氯菌的拷貝數(shù)淹水處理提高15.3％，落干處理提高12.4％;bphC和趨化基因cheA的拷貝數(shù)變化不明顯;淹水處理鞭毛蛋白基因fliC的拷貝數(shù)顯著下降。冗余分析表明，脫氯菌群豐度受高氯代PCBs影響，且脫氯菌的豐度和高氯代P