新型脱氯功能蓝藻的鉴定及其降解多氯联苯的机理研究

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多氯联苯(polychlorinated biphenyis,PCBs)污染的原位生物修复是我国土壤污染化学与污染生态修复学研究的热点问题之一。本研究以分离自PCBs污染水稻土的蓝藻为对象,以不同类型的PCBs标准品为目标污染物,采用无氯培养体系筛选得到具有PCBs降解功能的蓝藻藻种并加以鉴定,探明脱氯功能藻种降解PCBs的规律和化学机理,进一步阐明功能藻种降解PCBs的分子机理,并探索环境因子对脱氯功能藻种降解PCBs的影响效应和高效降解PCBs的方法。  (1)分离自PCBs污染水稻土的藻种对PCBs具有良好的耐受性,2和5mg/L的Aroclor1254暴露7天后,与对照相比,藻种的叶绿素α含量分别下降3.7%和11.7%,差异不显著(P>0.05)。氯离子检测结果显示藻种Anabaena PD-1对PCBs具有脱氯功能,与对照相比,7天后Aroclor1254处理组中的氯离子浓度分别上升至3.55、3.05和2.25mg/L,藻种Anabaena PD-1对PCBs的脱氯效果明显。藻种Anabaena PD-1的基因测序结果表明,该脱氯功能藻种属于鱼腥藻属,其16SrDNA序列已上传至Genbank,登录号为KF201693.1。  (2)以脱氯功能藻种Anabaena PD-1为研究对象,研究其降解PCBs的规律和化学机制。结果表明,藻种Anabaena PD-1对2mg/L的Aroclor1254的25天降解率为84.4%,降解半衰期为11.36天,低氯代PCBs同类物的降解效果优于高氯代PCBs同类物的降解效果。藻种PD-1对12种共平面PCBs同类物的7天降解率为37.4%~68.4%。此外,对不同结构的三氯代PCBs的脱氯实验发现AnabaenaPD-1对PCBs单标的脱氯规律为:对位>间位>邻位。GC-MS结果显示藻种Anabaena PD-1对三氯联苯的降解产物中可能为4-羟基联苯。这一结果表明藻种PD-1将三氯联苯转化为4-羟基联苯可能其降解PCBs的重要化学过程。  (3)通过双向电泳分离和质谱鉴定技术,成功鉴定25个脱氯功能藻种Anabaena PD-1降解PCBs过程中上调表达的蛋白。ABC转运蛋白、异形胞连接蛋白、孔蛋白、烯醇酶、甲醇脱氢酶等10个蛋白上调倍数在100倍以上。综合上述结果,推测脱氯功能藻种降解PCBs的分子途径为:(i) PCBs胁迫下转运蛋白上调,将PCBs分子转运至蓝藻细胞内;(ii)能量代谢蛋白和电子传递蛋白显著上调,为PCBs的脱氯反应提高所需的能量和电子;(iii) PCBs分子在双加氧酶的作用下发生脱氯降解。  (4)以脱氯功能藻种Nostoc PD-2为研究对象,以PCB28、PCB29、 PCB30和PCB31为目标污染物,研究环境因子对藻种降解PCBs的影响。结果显示,增强光照、提高培养温度、改变培养基中氮素形态以及添加碳源均能够促进功能藻种对PCBs的降解作用。其中,添加10mg/L碳酸钠可以将脱氯功能藻种NostocPD-2对4个PCBs单标的降解效率增加3.80%~17.0%,以葡萄糖为碳源时,脱氯功能藻种Nostoc PD-2对4个PCBs单标的降解率提高了20.2%~34.5%.  (5)以脱氯功能藻种Nostoc PD-2为研究对象,PCB28为目标污染物,探索功能藻种高效降解PCBs的方法。结果表明,添加VB12和二硫苏糖醇(dithiothreitol,DTT)能明显促进脱氯功能藻种对PCBs的降解。添加浓度分别为10μg/L,100μg/L和1000μg/L的维生素B12时,与未添加VB12组相比,藻种Nostoc PD-2对PCB28的7天脱氯百分比分别提高了11.0%,19.7%和21.9%;添加浓度为10μg/L,100μg/L和1000μg/L的外源电子供体DTT后,PCB28降解百分比从64.7%分别上升到83.8%;在添加100μg/L DTT条件下暴露0.5天和6天后PCBs降解百分比达到30.8%和73.2%。
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