短短芽孢杆菌对磷酸三甲苯酯的降解机制及降解产物毒性研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gksd2009
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有机磷酸酯阻燃剂(organophosphate flame retardants,OPFRs)是一类常用的阻燃剂,由于OPFRs容易被释放到环境中且具有毒性效应,对环境和人体健康构成了潜在的威胁,近年来已受到人们的普遍关注。然而目前关于OPFRs的微生物降解性能和机制的研究还相对较少。本文以磷酸三甲苯酯(tricresyl phosphates,TCPs)作为OPFRs的代表污染物,以短短芽孢杆菌(Brevibacillus brevis)为实验菌株,研究了B.brevis对TCPs的降解特性和降解机制,并分析了TCPs及其降解产物的细胞毒性效应和作用机理。主要研究结果如下:(1)B.brevis可高效降解TCPs,当温度为30℃,pH值为7.0时,2 g/L的B.brevis在5 d内对TCPs(1 mg/L)的降解率达到86.5%。B.brevis降解TCPs的过程中,细胞形态发生变化,细胞官能团羟基(-OH)、脂肪酸、有机磷酸盐等可能影响菌体对TCPs的降解。高浓度的TCPs诱导菌体发生氧化应激反应,引起细胞内ROS含量的增加。细胞色素P450酶抑制剂显著抑制了B.brevis对TCPs的降解效果。利用B.brevis生物强化修复河水体系中的TCPs,处理120 h后TCPs的降解率达到91.3%。(2)反应5 d后,分别有93.9%、82.9%、53.9%的磷酸三对甲苯酯(tri-para-cresyl phosphate,TpCP)、磷酸三间甲苯酯(Tri-meta-cresyl phosphate,TmCP)、磷酸三邻甲苯酯(tri-ortho-cresyl phosphate,ToCP)被B.brevis降解,且胞内酶在降解过程中起关键作用。在B.brevis降解TCPs的过程中,利用LC-Q-TOF-MS高分辨质谱共检测到12种TCPs的代谢产物,代谢过程主要涉及到水解和羟基化过程。B.brevis向胞外释放了Cl-、Na+,吸收了一定量的PO43-、SO42-、K+和Mg2+,并在降解体系中检测到了乙酸、柠檬酸、草酸、丙二酸四种小分子有机酸。(3)TmCP和ToCP对A549细胞活力产生了抑制,破坏了线粒体膜的完整性,引起细胞发生氧化应激反应,细胞线粒体膜电位下降,从而诱导A549细胞凋亡。高浓度的TmCP和ToCP导致A549细胞发生了G0/G1期阻滞,减少了S期细胞的比例。TpCP以及TCPs的降解产物对A549细胞的毒性效应均不明显。本研究揭示了微生物对TCPs的降解转化机制,并分析比较了TCPs及其降解产物可能对环境和人体健康产生的毒害作用,为开发OPFRs污染的微生物修复技术提供了理论支持。
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