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铜绿假单胞菌NY3胞外活性物降解多环芳烃的特性及机理研究

乔琦  
【摘要】:铜绿假单胞菌可高效快速降解烷烃、芳烃及卤代芳烃等疏水、难降解有机污染物,是环境场地污染生物修复的常用菌株。研究结果表明,铜绿假单胞菌对有机污染物高效降解的能力既源于其胞内完善的氧化酶系,又与胞外丰富的分泌物密切相关。目前,对于铜绿假单胞菌降解能力的研究主要集中于胞内酶及其胞外分泌的鼠李糖脂,而对胞外其它小分子分活性物,如吩嗪、螯铁蛋白等的研究却鲜有报道。本文从NY3菌高分泌不同小分子活性物的胞外液入手,研究其中活性小分子对多环芳烃和含氧多环芳烃的降解特性,研究工作具有理论价值。本文主要以菲为模式污染物,采用高效液相色谱(HPLC)、高效液相色谱质谱联用仪(HPLC-MS)、气相色谱质谱联用仪(GC-MS)以及可生化性测定等为研究手段,获得以下主要成果:(1)NY3菌在LB培养基中生长时,可高产绿脓菌素(Pyo)、吩嗪-1-酰胺(Pcn)、吩嗪-1-羧酸(Pca)等吩嗪(PHCs),且生长上清液可有效持续地降解菲,72 h后的降解率可达46.13%。该胞外液降解菲是通过3-苯基乳酸途径进行,预降解菲溶液可生化性升高。(2)NY3菌在M9缺铁培养基中生长时,生长液中含大量螯铁蛋白(PCH),该生长液与铁配合,亦可有效降解菲。菲降解率与PCH和铁投加比例有关。该胞外液预降解菲的溶液可生化性随预降解时间延长不断提高。其对菲的降解途径为2-乙烯基-1-萘甲酸途径。(3)常见的铜绿假单胞菌胞外吩嗪Pyo,Pca,Pcn,Hpe等与还原性辅酶NADH配合,均可引起菲的降解,其中Pyo对菲的降解速率最高。其降解菲是通过2’2-联苯二甲醛途径,与高产吩嗪的NY3菌胞外液对菲的降解产物相似,其机理都是通过吩嗪与NADH反应产生的羟基自由基引发的氧化转化。对于含氧PAH,如2,3-萘二酚,可通过Pyo与NADH反应产生的自由基进行降解。(4)Fe Cl3与提纯后的PCH配合可降解菲,Fe Cl3与PCH浓度比为1:2~2:1范围时,Fe PCH对菲的降解率最高,24 h的降解率可达40%,TOC去除率可达19.55%。菲降解是通过2-乙基-1-萘甲酸途径的,其降解机理为Fe PCH催化产生的羟基自由基引发的菲的降解。预降解菲后溶液的可生化性明显提高。NY3菌分泌的胞外小分子活性物PHCs与PCH,均可与胞外液中普遍存在的其他组分配合,降解PAHs类污染物,在胞外提高难降解碳源的可生化性。本论文结果为全面了解微生物降解有机污染物的机理及污染环境修复可提供理论依据。


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