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土地戈登式菌RL-JC02对邻苯二甲酸酯的降解及其机理研究

张红艳  
【摘要】:邻苯二甲酸酯(phthalic acid esters,PAEs)是塑料制品的主要成分,极易在塑料的生产和使用过程中释放到环境中。PAEs的毒性和致癌性被越来越多的科研工作者关注。PAEs在不同环境介质中普遍检出,甚至在极地偏远地区如北极圈内也有检出。因其半挥发性和疏水性,PAEs能够长距离运输并在环境中存留。PAEs可以在厌氧及营养缺失的环境中存留多年。近年来,塑料薄膜被广泛投入到农业生产中,因此越来越多的PAEs被释放到农田土壤中,中国的部分农田土壤PAEs含量更是远超美国土壤PAEs化合物的控制标准,因此非常有必要对PAEs污染的土壤进行修复。邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(di-(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)是目前应用最广泛的13种具有代表性的内分泌干扰物之一。DEHP对环境和人类健康的毒理效应已被广泛研究。本研究从长期使用地膜的红壤中分离到一株新的DEHP降解菌RL-JC02,经16S r RNA基因分析结合生理生化特性鉴定,将菌株RL-JC02鉴定为土地戈登式菌(Gordonia terrae)。研究了菌株RL-JC02对不同邻苯二甲酸酯及其相关代谢中间产物的降解能力,以及不同环境因素对菌株降解DEHP的影响。菌株RLJC02在较宽范围的温度、p H、盐度和DEHP浓度条件下均能高效降解DEHP。菌株RL-JC02对低p H表现出较好的耐受性,在初始p H为5.0的条件下,72小时内对50 mg/L DEHP的降解率为86.6%。此外,菌株RL-JC02对较高的温度也有很好的耐受性,在培养温度为40℃时降解效果依然维持在较高水平。通过HPLC-MS分析对菌株RL-JC02降解DEHP的中间代谢产物并提出了菌株降解DEHP的代谢途径,结果表明DEHP经邻苯二甲酸单(2-乙基己基)酯(mono(2-ethylhexyl)phthalate,MEHP)水解生成邻苯二甲酸(phthalic acid,PA)和2-乙基己醇(2-ethylhexanol,2-EH)。PA和2-EH分别通过原儿茶酸代谢途径和β氧化进一步利用。通过对人工模拟的DEHP污染的红壤进行生物修复,验证菌株RLJC02的应用潜力。菌株RL-JC02在30天内对DEHP(50 mg/kg)的最大降解率为91.8%。菌株RL-JC02在土壤中降解DEHP的动力学分析表明,降解过程符合修正的Gompertz模型。同时,用绝对定量聚合酶链式反应(quantification polymerase chain reaction,q PCR)对菌株RL-JC02在土壤中的细胞浓度进行了监测,结果表明菌株RL-JC02在生物修复过程中存活良好。本研究将为PAEs污染环境的生物修复提供较强的降解剂,并有助于我们了解DEHP在红壤中的生物降解情况。


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