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近海沉积物中几种多环芳烃的生物降解研究

王岩  
【摘要】:多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是一类广泛分布于天然环境中的具有三致作用(致癌、致畸、致突变)的有机污染物,由于其稳定性强、生物富集率高、难于生物降解,对人类健康和生态环境具有很大的潜在危害,受到国际科学界的广泛关注。PAHs在环境中通过多种途径得以去除,包括光降解,化学降解,生物降解等。 本文选择三环和四环PAHs中比较有代表性的菲、蒽、芘和屈作为目标物。其中菲和蒽是由三个苯环连接而成,有着具有致癌作用的湾区结构,芘和屈是PAHs的四环代表物,在环境中广泛存在。它们常作为检测PAHs污染的指示物。 为探讨PAHs的环境行为,以污染较为严重的李村河口沉积物为基质,选择菲、蒽、芘和屈进行实验室好氧微生态培养,对其在沉积物自然菌群作用下的降解行为及降解机理进行研究。具体内容和结论如下: (1)优化了用超声萃取-柱层析-薄层层析-气相色谱法测定污染严重的河口沉积物中菲、蒽、芘、屈的方法。在优化后的最佳条件下,菲、蒽、芘和屈的空白加标回收率在76.9%~90.1%之间,相对标准偏差在4.11%~7.74%之间。基质加标回收率在72.7%~88.7%之间,相对标准偏差在4.50%~6.57%之间。满足US EPA标准的要求。 (2)6个月的好氧生物降解实验结果表明,沉积物中菲、蒽、芘和屈的本底值分别由569 ng·g~(-1),72.1 ng·g~(-1),408 ng·g~(-1),230 ng·g~(-1)降至423 ng·g~(-1),68.0 ng·g~(-1),343 ng·g~(-1),212 ng·g~(-1),降解率分别为25.6%,5.70%,16.1%,7.80%。降解速率由大到小依次为:菲、芘、屈、蒽,主要与PAHs的本底浓度、结构以及水溶解性等因素有关。而在添加了PAHs的沉积物中,菲、蒽、芘和屈的浓度分别由641 ng·g~(-1),208 ng·g~(-1),485 ng·g~(-1),395 ng·g~(-1)降至437 ng·g~(-1),168 ng·g~(-1),385 ng·g~(-1),337 ng·g~(-1),降解率分别31.8%,19.2%,20.6%,14.8%。添加PAHs后沉积物中PAHs的降解率明显增加,这主要是因为PAHs的添加为沉积物中降解菌提供了丰富的碳源,使其经过诱导和驯化后逐渐成为优势菌。 (3)从李村河口沉积物中分离纯化出四种纯菌,研究了四种目标物在这四种混菌作用下的微生物降解。菲、蒽、芘、屈在液体培养基中降解84 h后测得的降解率分别为91.7%,85.7%,79.6%和70.0%,明显高于自然菌群作用下的生物降解。PAHs在驯化微生物作用下降解趋势与自然菌群作用下的趋势相似,都经历了诱导期、稳定降解期和缓慢降解期,但降解周期明显缩短。对降解过程中PAHs的稳定同位素比值测定结果表明,PAHs在降解过程中发生了明显的碳同位素分馏。 (4)将GC-MS和CSIA相结合,对菲和蒽的降解途径进行了研究。菲的降解途径为:菲在双加氧酶作用下,生成菲的顺式3,4-二氢二醇,然后脱氢转变为3, 4-二羟基菲,再开环形成1-羟基-2-萘酸,然后分别以邻苯二甲酸和邻羟基苯甲酸途径代谢。蒽的降解途径为:蒽先转变为蒽酮,然后再转化为9,10-二蒽醌,之后降解为芳香酸、酯,最后开环生成小分子酸。


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