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多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是一类广泛存在于环境中的有机污染物。大多数的多环芳烃具有“三致”作用,通过食物链的传递会对生态环境和人体健康造成极大危害,因而这类化合物引起了环境学家们的关注。研究表明PAHs在环境中的水解和光解速率都非常缓慢,生物降解是这类物质分解的主要途径,因此获得PAHs高效降解菌是提高其生物降解效率的重要环节。
本论文以芘(pyrene)为多环芳烃生物降解研究的模型物,选用水-硅油双相体系结合单一水相体系来驯化芘降解菌。结果表明筛选到的混合菌GP3在7 d内能降解90.6％的芘(初始浓度15 mg/L)。通过平板涂布与划线从混合菌GP3中分离得到纯菌株GP3A、GP3B,在7 d内对15 mg/L初始浓度芘的降解率分别达到48.3％、44.7％,混合菌GP3对芘的降解效果要明显好于纯菌GP3A和GP3B。
菌落形态特征、生理生化试验表明菌株GP3A和GP3B均为革兰氏阴性无芽孢杆菌,16S rDNA序列分析表明GP3A和硝酸还原假单胞菌Pseudomonas nitroreducens的同源性最高,初步鉴定它为假单胞菌Pseudomonas sp.GP3A,该菌株的GenBank序列的登陆号是EU233280;菌株GP3B为Pandoraea pnomenusa菌种,其GenBank序列的登陆号是EU233279。混合菌系GP3的抗生素敏感性实验结果表明,它对头孢呋辛、四环素、氯霉素、羟氨苄青霉素等四种常用的抗生素抗药,对红霉素敏感。
对筛选出的混合菌系GP3降解芘的条件进行研究,结果表明GP3可在好氧条件下高效降解芘,在pH为6.3时,对芘的降解作用最强,7 d对15mg/L芘的降解率达97.0％。混合菌GP3在温度为25～40℃,pH值3.8～8.3的条件下能高效降解芘,适应范围较广。GP3能将初始浓度为5 mg/L的芘几乎完全降解,但是当芘的初始浓度增加时,残留芘的浓度便显著增加。当芘浓度达到30 mg/L时,其7d降解率明显降低。
实验还发现添加了500～1000 mg/L的葡萄糖会抑制混合菌GP3对芘的利用,同时GP3的菌密度要比只加芘时要高；当菲浓度较低时,对芘的降解没有明显的影响,而高浓度的菲则会抑制芘的降解。
不同重金属离子对混合菌系GP3降解芘的影响不同。GP3对Cd2+的耐性较差,MSM中Cd2+的浓度为2～10mg/L时,芘的降解均受到明显的抑制；当Zn2+浓度为10 mg/L时,芘的降解没有受到影响,但Zn2+浓度在30mg/L以上时,GP3对芘的降解率也显著下降；与不加重金属对照相比,Cu2+对芘的降解也有明显的抑制。
通过UV-Vis扫描和GC-MS对混合菌系GP3降解芘过程的中间产物进行了分析,UV-Vis扫描图谱显示在开始时(0 d),检测不到产物；在降解的前期阶段(1～4 d),产生了中间产物的积累,到第4 d时中间产物的积累量达到最大；从第5 d开始,中间产物开始进一步的降解。GC-MS分析未能检测到降解过程的中间产物。