收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

磷酸三苯酯的微生物降解机制及其降解产物毒性研究

卫昆  
【摘要】:有机磷酸酯阻燃剂(organophosphate flame retardants,OPFRs)是一类广泛使用的磷系阻燃剂,由于OPFRs容易被释放到环境中且具有毒性效应,对环境和人体健康构成了潜在威胁,近年来已受到人们的普遍关注。然而目前关于OPFRs的微生物降解性能和机制的研究还相对较少。本文以磷酸三苯酯(triphenyl phosphate,TPHP)作为OPFRs的代表污染物,利用短短芽孢杆菌(Brevibacillus brevis)为实验菌株,研究了B.brevis对TPHP的降解特性和转化机制以及菌体在TPHP胁迫下的蛋白表达变化,此外还分析了TPHP及其降解产物的细胞毒性效应和作用机理。主要研究结果如下:(1)B.brevis可以有效降解TPHP并且利用TPHP作为碳源和能源生长,菌体对TPHP的降解效果与投菌量,温度和体系pH值有关,当温度为30℃,pH值为7.0时,2 g/L的B.brevis在5 d内对TPHP(1 mg/L)的降解率达到92.1%,在此过程中降解体系的pH值也随时间增加逐渐降低。B.brevis对较低浓度(≤10 mg/L)的TPHP处理4 d后降解率可达80%以上,而高浓度(50 mg/L)的TPHP则会破坏菌体细胞正常的形态结构,造成细胞破损,导致其降解率仅为26.9%。利用B.brevis生物强化修复河水体系中的TPHP,显著减少了TPHP降解过程的迟滞期,处理96 h后TPHP的降解率达到97.9%。这些结果表明生物强化可以作为一种原位修复TPHP污染水体的潜在方案。(2)在B.brevis降解TPHP的过程中,利用LC-Q-TOF-MS高分辨质谱共检测到7种TPHP的代谢产物,包括DPHP,PHP,单羟基TPHP,单羟基DPHP,单羟基PHP,双羟基TPHP和双羟基DPHP。根据代谢产物推测TPHP的降解途径,主要涉及水解和羟基化过程。DPHP和PHP的含量随着TPHP的降解逐渐累积,反应5 d内最高浓度分别达到77.1和2.1μg/L。此外B.brevis对1 mg/L的DPHP和PHP也具有一定的降解效果,处理5 d后最高降解率分别为14.4%和23.3%。B.brevis在TPHP的胁迫下引发氧化应激反应,导致细胞内MDA含量升高,同时诱导SOD和CAT活性增大。细胞色素P450酶抑制剂胡椒基丁醚显著抑制了B.brevis对TPHP的降解效果以及菌体P450酶基因的表达,并且这种抑制作用随胡椒基丁醚浓度的增加而增强,表明P450酶可能参与了TPHP的生物降解过程。(3)基于同位素标记相对和绝对定量技术(iTRAQ)分析B.brevis在TPHP暴露下的蛋白表达差异,其中有102个蛋白表达上调,80个蛋白表达下调。这些差异蛋白的功能主要集中于运输与代谢,信息存储与处理,细胞过程与信号等。TPHP刺激了B.brevis的碳水化合物代谢,导致参与糖酵解过程的蛋白表达出现了上调,同时TPHP还通过增强菌体的氨基酸和脂质代谢过程,为细胞的生长代谢活动提供更多的能量。参与装配50S和30S亚基的核糖体蛋白在TPHP的暴露下表达显著上调,对于菌体细胞蛋白质的合成具有重要作用。ABC转运蛋白和抗氧化应激蛋白在TPHP胁迫下也表现出不同的表达水平。B.brevis在环境压力下通过调控不同功能蛋白的表达维持了细胞内环境的稳定同时增强了菌体对TPHP的适应性。(4)TPHP及其降解产物DPHP和PHP均对HepG2细胞的活力产生了不同程度的抑制作用,其中TPHP的抑制效果最强,PHP最弱。TPHP暴露浓度增大可以导致细胞内Ca~(2+)含量显著增加,破坏了线粒体膜的完整性促使ROS在细胞内积蓄,引起了细胞氧化应激,进一步造成细胞线粒体膜电位下降,从而诱导HepG2细胞凋亡。高浓度(≥100μmol/L)的TPHP还会导致细胞核损伤固缩。DPHP和PHP对细胞凋亡的诱导作用相比TPHP要明显减弱。此外,TPHP能使HepG2细胞周期阻滞于G0/G1期,减少了S期细胞的比例。与DPHP和PHP相比,TPHP对HepG2细胞的毒性效应最强,DPHP次之,且具有一定的剂量-时间效应关系。结果表明TPHP及其降解产物对HepG2细胞的毒性与调控细胞周期进程和线粒体途径介导的细胞凋亡有关。总的来说,生物降解消减了TPHP的毒性作用,是一种有效和安全的TPHP污染修复方法。本研究有助于从蛋白水平和毒理学角度揭示微生物降解转化TPHP的机制,以及TPHP及其降解产物可能对环境和人体健康产生的毒害作用,为开发OPFRs污染的微生物修复技术提供了数据支持。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 刘建利;;利用微生物降解农药污染[J];生物学教学;2010年04期
2 ;微生物降解塑料技术可行性研究取得突破[J];塑料科技;2017年04期
3 张金萍;;微生物降解农药残留技术研究[J];种子科技;2017年03期
4 卞雪;;分子生物技术在微生物降解环境污染物中的应用[J];民营科技;2017年09期
5 邓维琴;李阿霜;彭贤;刘霜霜;胡凯弟;张梦梅;何利;陈姝娟;韩新锋;刘书亮;;高效液相色谱—紫外检测法测定微生物降解体系中己烯雌酚含量[J];食品与机械;2016年01期
6 王静岩;傅营;王斌;;微生物降解农药研究[J];北京农业;2015年08期
7 蔡庆涛;赵苒;;十溴联苯醚微生物降解的研究进展[J];吉林大学学报(医学版);2015年05期
8 张从军;;突破秸秆微生物降解关键技术,实现产业化[J];中国农资;2017年19期
9 杨柳;陈少华;赵川;钟国华;;新技术在农药微生物降解中的应用[J];生物技术通报;2010年03期
10 杨明伟;叶非;;微生物降解农药的研究进展[J];植物保护;2010年03期
11 张婵;廖晓兰;;有机磷农药的微生物降解技术研究进展[J];广西农业科学;2010年10期
12 滕少香;盛国平;刘贤伟;王曙光;俞汉青;;芳香族硝基化合物的微生物降解[J];化学进展;2009年Z1期
13 张逸飞;何卿;焦涛;程城;王贯中;;微生物降解苯胺的研究进展[J];污染防治技术;2009年01期
14 田林双;;微生物降解多环芳烃研究[J];畜牧与饲料科学;2009年10期
15 刘建亲;花日茂;;微生物降解农药的研究进展[J];安徽农业科学;2008年24期
16 杨静;戴美学;;微生物降解联苯的研究进展[J];生物技术;2008年05期
17 肖艳松;谭琳;陈桂华;刘祥英;;磺酰脲类除草剂的微生物降解[J];农药研究与应用;2007年03期
18 李建华;董锦艳;宋洪川;;有机磷农药的微生物降解[J];农业与技术;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐文迪;牛明芬;;有机磷农药微生物降解技术研究进展[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
2 吴祥为;唐芳;花日茂;汤锋;李学德;操海群;;农药微生物降解研究现状[A];食品安全的理论与实践——安徽食品安全博士科技论坛论文集[C];2005年
3 王野;周秀艳;吴明松;刘怡;刘畅;;有机氯农药的微生物降解研究进展[A];二氧化氯研究与应用进展——2017年全国水质安全与二氧化氯应用技术研讨会论文集[C];2017年
4 徐昶儒;邹翔;汲晨锋;季宇彬;;2,6-二硝基甲苯微生物降解及毒性研究[A];转化医学研讨会论文集[C];2010年
5 周叶锋;廖晓兰;;环境中农药的微生物降解研究进展[A];第二届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2007年
6 钱晓荣;唐帆;董悦;杨双双;;微生物降解油漆废渣技术综述[A];2014中国环境科学学会学术年会(第七章)[C];2014年
7 李岩;蒋继志;马平;刘翠芳;;微生物降解农药研究的新进展[A];中国植物病理学会2005年学术年会暨植物病理学报创刊50周年纪念会论文摘要集[C];2005年
8 李岩;蒋继志;马平;刘翠芳;;微生物降解农药研究的新进展[A];中国植物病理学会2005年学术年会暨植物病理学报创刊50周年纪念会论文集[C];2005年
9 卢晓霞;陈超琪;李秀利;陶澍;;2,2′,4,4′-四溴联苯醚的厌氧微生物降解[A];持久性有机污染物论坛2008暨第三届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2008年
10 季宇彬;周晋宇;李文兰;;微生物方法降解化学污染物研究进展[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第四卷)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 卫昆;磷酸三苯酯的微生物降解机制及其降解产物毒性研究[D];华南理工大学;2018年
2 唐少宇;多溴联苯醚的微生物降解机制及产物毒性研究[D];华南理工大学;2018年
3 崔明超;喹啉及其甲基化衍生物的微生物降解研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2004年
4 阮爱东;尼古丁的土壤微生物生态毒理和微生物降解研究[D];浙江大学;2005年
5 于波;孤对电子杂环类环境污染物的微生物降解研究[D];山东大学;2006年
6 张颖;微生物降解聚乙烯醇的条件及降解过程机制研究[D];江南大学;2006年
7 陆泗进;土壤柴油污染物微生物降解强化技术研究[D];北京师范大学;2007年
8 田江;微生物降解农药的特性及其在土壤复合农药污染修复中的应用[D];武汉大学;2017年
9 董维亮;除草剂精噁唑禾草灵和2,6-甲乙基苯胺的微生物降解机制研究[D];南京农业大学;2015年
10 杨乐巍;土壤通气—微生物降解耦合修复现场石油烃污染土壤研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵承豪;微生物降解2,2',4,4'-四溴联苯醚及其强化降解方法研究[D];湖南大学;2018年
2 刘跃;重庆金佛山石钟河DOM组成、来源及微生物降解特征研究[D];西南大学;2018年
3 李康;甲基-β-环糊精强化微生物降解芘和苯并[a]芘的研究[D];沈阳化工大学;2018年
4 李鸿炫;复苏促进因子强化多氯联苯污染土壤微生物修复机制研究[D];浙江大学;2018年
5 王燕玲;松花江底泥微生物降解硝基苯的研究[D];东北师范大学;2007年
6 郭晓博;微生物降解原油及其代谢产物的分析[D];长江大学;2013年
7 钱奕忠;微生物降解石油废水的研究[D];北京化工大学;2001年
8 张小啸;土壤微生物降解石油组分的微观机理初探[D];北京师范大学;2005年
9 李俊旺;白腐真菌降解褐煤的研究[D];安徽理工大学;2009年
10 刘华姬;微生物降解航空煤油的热力学研究[D];曲阜师范大学;2001年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 沈雪梅;探寻微生物降解污水途径[N];南通日报;2010年
2 ;微生物降解污水新技术通过鉴定[N];今日信息报;2004年
3 王树声 黄佩杰;农残微生物降解技术——绿色的保证[N];农资导报;2004年
4 国家建设部政策研究中心 秦虹何成磊;污水治理需要微生物降解技术[N];中国经济时报;2007年
5 柳洋;兰化所探索微生物降解新技术[N];中国化工报;2003年
6 吴文;吴江利用微生物降解农残效果好[N];农民日报;2009年
7 南京日报记者 秦宵喊;南农大“微生物降解农药”效益惊人[N];南京日报;2005年
8 施陈 同林;用微生物降解技术解决农产品农药残留[N];农民日报;2000年
9 王树声 黄佩杰;农药残留微生物降解技术示范成功[N];中国化工报;2004年
10 王宏广;为再造秀美山川提供技术支撑[N];经济日报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978