论文部分内容阅读
多氯联苯(PolychlorinatedBiphenyls,PCBs)是环境中典型的持久性有机污染物,土壤与底泥是其主要的源和汇。近年来,土壤有机污染微生物修复是环境科学领域研究的热点,而获得高效降解菌并阐明其降解机制是生物修复的关键。本实验室前期从PCBs污染底泥中通过休眠菌复苏的方法分离出一株PCBs降解新种Rhodococcusbiphenylivorans(嗜联苯红球菌)TG9,但其PCBs降解特性尚未系统研究。本论文研究了该菌株对不同PCBs同系物的降解能力;筛选了可作为TG9唯一生长碳源和能源的PCB单体,并对其降解动力学和中间代谢产物进行了考察;最后利用全基因组测序结果对TG9的PCBs降解基因及通路进行分析,并对降解通路中的关键酶活性进行了检测。主要研究结果和结论如下:(1)以PCBs商品混合物Aroclor为降解底物,初步探究经联苯诱导后TG9对各氯代同系物的降解能力。结果表明,TG9对浓度均为10 mg/L的Aroclor 1221、Aroclor1242、Aroclor1254 和 Aroclor1260 在 7 天的消减率分别为 94.4%、58.5%、27.3%和3.3%,TG9经联苯诱导后可降解部分高氯代同系物,但对四氯及以下PCBs同系物降解效果更显著。TG9对PCB单体的降解结果表明,TG9对二氯PCB单体的降解效果分别为一氯>二氯>三氯>四氯,TG9对二氯代PCBs的降解能力依次是2,2’-CB>3,3’-CB>4,4’-CB,同时呈对称结构的PCB单体不利于TG9的降解。(2)探究了 TG9经联苯诱导后对不同浓度Aroclor1242和PCB单体的降解能力。结果表明TG9能耐受较高浓度的污染物,其对50mg/L、250mg/L和500 mg/L的Aroclor1242消减率分别为61.1%、29.0%和12.1%。对不同浓度的PCB31的降解结果表明,污染物浓度过高或过低均不利于菌体的降解。(3)菌株TG9能在联苯诱导后以共代谢方式降解PCBs,进一步考察其是否可将PCBs作为唯一碳源和能源。开展了三氯及以下全部39种PCB单体筛选实验,共有18种PCB单体可作为TG9生长的唯一碳源和能源。锥形瓶大体系培养验证表明:PCB1、PCB3、PCB9、PCB12、PCB14 和 PCB18 能作为 TG9 生长的唯一碳源和能源,PCB10和PCB31不能作为TG9生长的唯一碳源和能源,所得结果与筛选结果一致。(4)从降解动力学上分析PCBs作为唯一碳源和在共代谢方式下的降解差异。TG9对可作为唯一碳源和能源的单体降解动力学表明,氯取代数量影响生物降解速率,其对PCB1、PCB3和PCB12的降解符合一级动力学方程,且以PCB3的降解速率常数最大为0.139。经联苯活化后,TG9对PCB31、PCB8和PCB11的降解也符合一级动力学方程,降解速率常数分别为0.197、0.470和0.453,可能是TG9体内的Bph降解酶被联苯大量诱导表达所致。(5)考察PCBs同系物的中间代谢产物。各氯代单体均产生相应的氯代苯甲酸,说明TG9对PCBs的生物降解沿着bph途径进行。同时TG9对PCBs代谢产物氯代苯甲酸也有一定的降解能力,并且与已有报道的PCBs降解菌不同,其对二氯代苯甲酸2,5-CBA的降解效果显著。(6)利用全基因组测序法,对TG9降解PCBs的系列降解酶基因进行解析。发现在TG9体内,存在完整的PCBs降解编码基因,其PCBs上游降解途径中存在3个bphC编码基因,且TG9的基因簇可能是一种新的基因簇。质粒消除和提取结果表明,TG9中不存在质粒。(7)利用转录组结果分析,TG9在正常活性培养状态与模拟环境中休眠状态相比,除bphB基因外,其余bph基因转录水平均上调。不同底物培养实验表明,TG9的BphA和BphC活性在可以作为唯一碳源和能源的联苯、PCB1和PCB12的培养体系中,均显著提高,而在必须以共代谢方式降解的PCB31培养体系中,这两种酶的活性都无显著诱导。进一步明确了 TG9对PCBs不同代谢方式的降解基因诱导表达机制。以上结果为进一步深入研究TG9的PCBs高效降解机制及其环境污染修复应用奠定了基础。