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南极土壤中多环芳烃(PAHs)降解菌的研究:分离、鉴定和降解基因的检测

马迎飞  
【摘要】:认识在南极特殊条件下降解污染物的细菌,对于我们了解人类活动对南极环 境的影响以及在寒冷地区环境污染的生物修复的实际应用都有着十分重要和积 极的意义。本文对南极及常温环境的多环芳烃降(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)降解菌进行了研究,结果表明南极地区假单胞菌是 PAHs 的 主要降解菌,并且存在明显的降解酶基因水平转移现象。主要研究结果如下: 1. 降解菌的获得 在低温条件下以萘或菲为唯一碳源通过富集作用,从南 极不同地区的土壤中分离到了 22 株 PAHs 的降解菌,同时,作为对照,从常温环 境中分离到了两株菲的降解菌。 2.降解菌的鉴定 通过 16S rDNA 测序和系统进化分析,从常温得到降解菌 WSCII 和 WSCIII 分别为鞘氨醇单胞菌属和假单胞菌属;而从南极分离到降解菌 只有一株同 R.aquatilis 有 97%的相似性而属于 Rahnella 菌属,其它 21 株均属 于假单胞菌属;其中大部分降解菌同一些已报导的低温菌处于一个较大的分枝 上,只有四株菌同 WSCIII 及一些常温菌同在一个较小的分枝上。从低温菌的分 枝上随机选取 6 株菌测得其最适生长温度为 16℃~20℃。 3.降解效率的分析 HPLC 方法测定了两株常温菌对菲的降解能力,降解曲 线显示,4 天内培养基中有 70%的菲被降解。在 4℃时,所有的 22 株南极降解菌 都能够高效地降解萘,而且其中的一些菌株还可以降解菲,但效率相对较低。此 外,所得到的菌都不能降解烷烃类有机物。 4.降解途径关键酶基因的检测与降解酶基因的水平转移 PCR 方法从 16 株 南极降解菌和一株常温降解菌(假单胞菌属)中克隆到双加氧酶基因片段,测序 及比对结果表明,这 17 个双加氧酶基因可以分为两组,在这两组内基因的同源 性均超过 99%以上,但两组间的基因同源性只有 94%。 分别以细菌的双加氧酶基因片段及其 16S rDNA 构建的系统进化树显示,即 使 16S rDNA 相差很大的细菌,也可能拥有相近的双加氧酶基因,这表明基因在 南极地发生了水平转移。 5.双加氧酶的活性分析 在不同碳源的培养条件下,测定了降解菌 WSCII 和 WSCIII 的双加氧酶的比活力,其结果是经菲诱导的酶比活力最高,这说明该 酶具较强的底物特异性。在不同的温度下,分别测定了低温菌 LCY12、LCY16 以 及常温菌 WSCIII 在不同温度下的双加氧酶比活力,结果显示这三株菌双加氧酶 的最高活力温度并无明显的差别,均为 30℃左右,这表明南极这一低温环境下 IV WP=8 的双加氧酶基因可能最初来自常温菌。


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