两共生菌降解典型含氧多环芳烃1-萘酚及其协同作用研究

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1-萘酚是多环芳烃(PAHs)降解过程中极易积累的典型含氧多环芳烃(OPAHs),其难降解、毒性大、易扩散,直接影响PAHs污染环境的修复效果。节杆菌和芽孢杆菌广泛存在于自然土壤环境中,且无致病作用,本文研究课题组前期从OPAHs污染土壤中分离出的两种共生菌株—成晶节杆菌NT16和芽孢杆菌NG16降解1-萘酚的特性和协同机制,为OPAHs污染环境实际修复中微生物群落协同降解污染物提供了重要参考。本文以HPLC、TOC、GC-MS等为主要检测方法,以1-萘酚为目标污染物,优化NT16菌和NG16菌降解1-萘酚的营养与培养条件,研究两菌株降解1-萘酚的特性、协同降解机理及相互作用特征。获得以下成果:(1)NG16菌能在最高浓度为50 mg/L的1-萘酚存在下保持较高细胞生长活性;NT16菌和NG16菌以1-萘酚为唯一碳源生长的最适pH范围分别为7.58和68,最适pH条件下,两菌株降解1-萘酚效率最高分别为55%和58%;NaCl含量影响NT16菌和NG16菌降解1-萘酚的的效率,最高抗盐量均可达8 g/L;培养液中Fe3+浓度明显影响NT16菌代谢1-萘酚的活性,在最适Fe3+浓度0.92.7 mg/L时,代谢效率显著提高。(2)硫源会影响NT16菌和NG16菌代谢1-萘酚的效率,含硫无机化合物还原性越强,越不适合作为两菌株的硫源。SO42-是两菌株的最适硫源,适合的硫源含量能提高菌株代谢1-萘酚的效率,当SO42-浓度为0.5×10-33 mol/L时,与无外加硫源体系相比,5 d内NT16菌和NG16菌对1-萘酚的降解效率分别提高约15%和10%。丙二酸、丁二酸、戊二酸等共存碳源均能加速NT16菌和NG16菌对1-萘酚的代谢。其中丙二酸共存时促进作用最为明显,与无共存碳源相比,NT16菌和NG16菌降解1-萘酚的效率分别提高约15%和20%,矿化度也显著提高。对羟基苯乙酸为NG16菌降解1-萘酚过程中极易积累的中间产物,其大量积累阻碍了NG16菌对1-萘酚的降解和矿化进程。但对羟基苯乙酸与1-萘酚共存时,却能加速NT16菌对1-萘酚的降解效率和矿化度。(3)NT16菌和NG16菌能协同促进1-萘酚的降解与矿化。与单一NT16菌和单一NG16菌相比,在最佳复配比例1:1条件下,两菌株以1-萘酚为碳源生长的OD600nm值分别提高0.8和0.4,对1-萘酚的降解率分别提高20%和10%。NT16菌和NG16菌协同降解1-萘酚可按两个途径进行:其一,1-萘酚羟化后开环,进入邻苯二甲酸代谢途径。NT16菌更易进入该途径,而NG16菌难以通过该途径降解1-萘酚;其二,1-萘酚羟化后开环,进入苯丙酸代谢途径。NG16菌迅速将1-萘酚转化为对羟基苯乙酸,并有明显积累,而NT16菌无法高效降解1-萘酚,却能快速降解NG16菌产生的对羟基苯乙酸,并转化成小分子有机酸。两菌株协同降解1-萘酚的代谢途径互补,可实现1-萘酚的高效矿化。
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