胶州湾河口底泥来源真菌对壬基酚的生物降解研究

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壬基酚(Nonylphenol, NP)属于致癌致畸致突变的内分泌干扰物,易在生物体内累积,能够通过食物链传递,最终影响人类健康。NP在水体和沉积物中的污染日益严重,严重威胁着生态环境安全。NP在水体中的溶解度低,极易吸附并最终聚集在沉积物中,进而对底栖生物造成严重危害。沉积物中NP的转化直接影响其环境命运、生物可利用性和生态毒性,生物降解是沉积环境中NP最主要的转化/去除途径。目前国内对微生物降解NP的研究比较少,研究重点基本上都是侧重于NP污染的治理,模拟环境条件研究NP环境行为的尚属空白:并且研究对象集中在细菌,真菌降解NP的研究鲜有报道。基于上述考量,本论文以高浓度NP作为环境选择压力,从胶州湾入海河口底泥中筛选出十株可实验室培养的耐受NP优势真菌。选择其中的NPF-1.NPF-2,NPF-3和NPF-4为研究对象,气相色谱法分析确定了其NP降解能力,探究了多重环境因素在四株真菌去除和降解NP过程中的影响。利用液质联用技术分析其代谢产物,初步确定了菌株NPF-1的代谢产物,推测了三种可能的降解路径,取得了以下研究成果:(1)通过菌落特征、显微形态和18S rDNA测序,确定NPF-1, NPF-2,NPF-3和NPF-4分别为曲霉Aspergillus niger strain WA0000009398、曲霉Aspergillus terreus isolate MD112(1)、曲霉Aspergillus terreus strain SHPP01和青霉Penicillium simplicissimum strain PS1。(2)通过4-n-NP去除和降解过程中的环境因素研究,发现PD培养基是最适合目标真菌的培养基,目标菌株均可在PD培养基中获得最大生长量、最高的4-n-NP去除和降解率。研究发现在60%海水环境下,菌株NPF-2、NPF-3和NPF-4菌株生长量低于淡水环境,NPF-1则是在淡水环境下生长量低于60%海水环境。而在60%水环境下,菌株NPF-1、NPF-2 和NPF-3菌株对4-n-NP的去除率和降解率高于淡水环境,NPF-4则相反。动态培养菌株的生长量、降解率和去除率均高于静态培养。4-n-NP的初始浓度越低,菌株对其的降解效率越高。(3)培养基中4-n-NP的浓度变化对菌株NPF-4的生长影响不大(<100mg-L-1),研究表明,菌株在降解4-n-NP过程中,整体上呈现初始浓度越低,降解率越高的趋势。葡萄糖的加入会显著促进NPF-4的生长,生长量的增加能够加速其对4-n-NP的去除,但对4-n-NP的降解率反而降低。NPF-1,NPF-2,NPF-3分别和NPF-4混合培养研究发现,三种菌株组合均可有效促进4-n-NP的去除和降解,这初步表明菌群对4-n-NP的降解有促进作用,菌株间存在协同效应。(4)研究了60%海水的PD培养基,初始浓度为20 mg·L-1,动态培养的条件下目标菌株的生长以及其对4-n-NP的去除和降解能力。目标菌株均在前五天快速生长,随后趋于平衡稳定,然后逐渐消亡。四株目标真菌均能够高效去除4-n-NP,3 d时的去除率接近100%。NPF-1对4-n-NP的降解最快,1 d的降解率达到82.90%,3d的降解率为92.46%,5 d时基本可以实现对4-n-NP的完全降解。NPF-1和NPF-2的降解速率大于NPF-3和NPF-4。(5) LC-MS分析了NPF-1降解4-n-NP的代谢产物,通过总离子流图、质谱图以及相关文献资料,共推测解析出14种可能的降解产物,在此基础上提出了4-n-NP在菌株NPF-1作用下三种可能的生物降解路径。
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