高效多環(huán)芳烴降解菌群的降解特性和群落結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源需要量日益增加，石油開采、交通運(yùn)輸、焦化煤氣、生產(chǎn)生活等人類活動(dòng)均使多環(huán)芳烴(Polycyclicaromatic hydrocarbons，PAHs)類污染物大量進(jìn)入環(huán)境。由于部分PAHs對(duì)生物具有致癌、致畸和致突變作用，且其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、水溶性低、難以被生物降解，會(huì)對(duì)受納水體、土壤環(huán)境乃至人類健康產(chǎn)生重要影響。因此，為有效消除PAHs對(duì)環(huán)境的潛在危害，進(jìn)行兼具高效、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)安全性的PAHs處理方法研究具有重要科學(xué)

2、意義和應(yīng)用價(jià)值。本研究擬采用生物強(qiáng)化方法降解PAHs，構(gòu)建以關(guān)鍵功能菌為主體的高效PAHs降解菌群，對(duì)高效降解菌群的生長(zhǎng)和降解特性進(jìn)行分析，考察和確定菌群生長(zhǎng)和降解PAHs的耐受范圍和最佳條件。再利用分子生物學(xué)手段，掌握高效降解菌群的多樣性和群落結(jié)構(gòu)，為PAHs微生物降解機(jī)理的研究提供分子生物學(xué)角度的理論依據(jù)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過微生物富集、篩選和馴化過程，從受PAHs污染的環(huán)境土壤樣品中獲得5組能以典型PAHs化合物

3、為唯一碳源和能源的微生物菌群，分別命名為菌群C、J、L、T、W。5組菌群對(duì)初始濃度為50mg/L萘的91h降解率在95.68％以上，對(duì)初始濃度為50mg/L蒽的12d降解率在28.51～93.66％之間，對(duì)初始濃度為50mg/L芘的14d降解率在37.08-79.72％之間。通過比較各菌群生長(zhǎng)及對(duì)不同PAHs碳源的降解結(jié)果，選擇菌群W作為高效PAHs降解菌群進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究。⑵通過提取5組微生物菌群的總DNA樣品進(jìn)行高通量測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，

4、5個(gè)菌群的物種豐富度和多樣性均低于一般土壤樣品，菌群T、W和J樣品間的UniFrac距離較近、群落結(jié)構(gòu)相似性較高；菌群C與其它菌群的距離較遠(yuǎn)；菌群L遠(yuǎn)離所有樣品，具有顯著差異。所有菌群中的微生物均以變形菌門(Proteobacteria)為主，菌群J、T和W均以γ-變形菌綱假單胞菌屬(Pseudomonas)為優(yōu)勢(shì)菌屬，菌群C以β-變形菌綱無色桿菌屬為優(yōu)勢(shì)菌屬(Achromobacter)，菌群L以γ-變形菌綱腸桿菌科(Enteroba

5、cteriaceae)為優(yōu)勢(shì)菌。不同菌群的群落結(jié)構(gòu)在物種組成和數(shù)量比例上的不同是其降解率出現(xiàn)差異的重要原因。⑶不同外加碳源條件下，菌群W對(duì)芘的降解率在76.22%~92.72%之間，投加琥珀酸明顯促進(jìn)了菌群生長(zhǎng)和對(duì)芘的降解。不同氮源條件下，菌群W對(duì)芘的降解率在64.69%~97.26%之間，投加酵母膏明顯促進(jìn)了菌群生長(zhǎng)，顯著提高了芘的降解速率。不同芘初始濃度條件下，菌群W對(duì)芘的降解率在55.68%~89.60%之間，菌群對(duì)芘濃度的耐受性

6、良好。投加不同重金屬離子條件下，菌群W對(duì)芘的降解率在2.63%~80.74%之間，重金屬抑制作用從高到低依次為Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+。不同初始pH條件下，菌群W對(duì)芘的降解率在11.55%~91.71%之間，pH=8條件下的芘降解率最高。不同溫度條件下，菌群W對(duì)芘的降解率在22.21%~86.66%之間，35℃條件下的芘降解率最高。⑷通過Gompertz方程對(duì)PAHs降解菌群在不同PAHs底物和環(huán)境因子條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行

7、生長(zhǎng)與降解動(dòng)力學(xué)擬合發(fā)現(xiàn)，相關(guān)系數(shù)均在0.96以上，擬合度較高。以萘為底物條件下，菌群W的穩(wěn)定期生物量最高，最大生長(zhǎng)速率最高，最大降解速率最高。以蒽為底物條件下，菌群W的降解遲滯時(shí)間最短，最大降解速率最高。以芘為底物條件下，菌群W的生長(zhǎng)遲滯時(shí)間最短，最大降解速率最高。投加葡萄糖條件下的穩(wěn)定期生物量較空白組提高1.40倍，投加琥珀酸條件下的最大降解速率最高。投加2g/L酵母膏條件下的穩(wěn)定期生物量是NaNO3氮源組的1.54倍，投加1g/L