邻苯二甲酸酯类化合物(Phthalic Acid Esters,PAEs)被广泛用作增塑剂来提高塑料制品的柔韧性及可塑性。PAEs通过非化学键力与塑料连接在一起,随着塑料制品的使用及时间的推移容易被释放到环境中,已成为土壤、水体和底泥等各类环境中普遍存在的污染物。环境中常检出的PAEs包括邻苯二甲酸二甲酯(Dimethyl Phthalate,DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(Diethyl Phthalate,DEP)、邻苯二甲酸二正丁酯(Dibutyl Phthalate,DBP)、邻苯二甲酸二异辛酯(Di-(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)等,其中DEHP因水溶性差,结构较复杂,在环境中的残留浓度最高。PAEs已被证实是一种潜在的内环境干扰物,具有高毒性、致畸性、致癌性和致突变性。PAEs可以通过水解、光解和微生物降解转化,其中微生物降解是去除环境中PAEs的主要途径。关于微生物降解PAEs的报道较多,但多数菌的降解效率较低,且关于微生物,特别是菌群降解PAEs的研究还很缺乏。本研究富集驯化了能降解各类PAEs的高效降解菌群,分离了PAEs及其中间代谢产物的降解单菌,并对菌群和单菌的降解机制进行了初步研究,主要研究内容和结果如下所述。(1)DEHP高效降解菌群的富集、降解特性研究及其宏基因组的测定分析采集PAEs污染活性污泥样品,以DEHP为唯一碳源和能源,富集驯化获得一个DEHP高效降解菌群,命名为SD-1。SD-1呈絮凝状,能以DEHP为唯一碳源和能源生长,在72h内能去除约90%的DEHP(ca.1000mg/L),降解性能在长达2年的转接中保持稳定。SD-1降解DEHP最适温度在25℃-35℃范围内,最适pH范围7-9,外加有机碳氮源不会抑制降解效率,硫酸铵为最佳氮源。SD-1能有效降解各类PAEs,降解效率随着邻苯二甲酸酯支链长度的减少而降低(DEHP>DBP>DEP>DMP),检测不到菌群降解DEHP的中间代谢产物。通过Miseq Illumina平台对菌群群落组成进行高通量测序,结果表明在整个降解过程中假单胞菌属是主要的优势属。通过Illumina Hiseq 2000对菌群SD-1的宏基因组进行测序,获得了约14 Gb的DNA数据,基于宏基因组测序数据聚类及组装,获得7个在属水平上基因组草图。预测到与DEHP降解相关基因分别是羧酸水解酶、邻苯二甲酸降解基因簇pht和原儿茶酸降解基因簇pca。(2)菌群SD-1中的DEHP及中间代谢产物降解菌的分离与降解特性研究用添加DEHP为唯一碳源和能源的固体培养基,采用涂布分离的方法,从菌群SD-1中分离到5株DEHP降解菌,分别名命为JM-1、J-1、J-11、KJ-1和KJ-2。16S rRNA基因测序分析结果表明JM-1为无色杆菌属细菌,J-1、J-11、KJ-1和KJ-2为假单胞菌属细菌。它们对DEHP(1000mg/L)的降解率分别为92.51%、43.17%、40.32%、53.59%和54.13%。邻苯二甲酸(Phthalic Acid,PA)是常见的PAEs降解中间产物,以PA为唯一碳源和能源的降解实验结果表明,KJ-2和KJ-1无法利用PA,JM-1能降解PA但速率较慢。通过GC-MS测定JM-1降解DEHP的中间代谢产物,推断代谢途径为:DEHP→MEHP→PA→…。为获得菌群中中间代谢产物降解菌,以PA为底物驯化SD-1,多次传代培养后的菌群命名为SD-P。通过高通量测序对SD-P菌群结构进行分析,根瘤菌属、Pigmentiphaga sp.变成了主要优势菌,其次是节杆菌属和Bosea sp。从SD-P中分离出两株PA降解菌,命名为PA-1和PA-3,基于16Sr RNA基因分析结果,初步判断PA-1为Bosea sp.,PA-3为根瘤菌属。PA-3能在36h内完全降解PA,而PA-1在60h时能降解73.3%的PA。(3)DMP降解菌的分离、鉴定及其降解特性和降解机制研究由于SD-1对DMP降解效率较低,以DMP为底物,通过富集驯化培养法,从覆膜土壤中分离出一株能够以DMP为唯一碳源和能源生长的细菌,命名为DB-7。通过16S rRNA基因与特异性脂肪酸分析(PFLA),将DB-7鉴定为睾丸酮丛毛单胞菌。对菌株的最适降解条件及降解DMP能力进行分析,结果表明,该菌株能高效降解DMP,当DMP浓度为450mg/L,在14小时内降解率超过99%,DB-7能耐受高浓度的DMP,其最适降解pH为9.0,最适降解温度30℃-35℃,DMP的降解速率与菌种投加量接种量呈正相关。HPLC和LC/MS测定表明,DB-7降解DMP主要中间代谢产物为邻苯二甲酸单甲酯(MMP)和邻苯二甲酸(PA)。从DB-7的基因组中能扩增到与PA降解相关的3个基因,并与已报道的基因相似度较高,其中的邻苯二甲酸4,5-双加氧酶基因的表达受DMP及PA的诱导。