Rhodococcus biphenylivorans TG9對(duì)多氯聯(lián)苯的降解特性研究.pdf

1、多氯聯(lián)苯(Polychlorinated Biphenyls，PCBs)是環(huán)境中典型的持久性有機(jī)污染物，土壤與底泥是其主要的源和匯。近年來(lái)，土壤有機(jī)污染微生物修復(fù)是環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，而獲得高效降解菌并闡明其降解機(jī)制是生物修復(fù)的關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)室前期從PCBs污染底泥中通過(guò)休眠菌復(fù)蘇的方法分離出一株P(guān)CBs降解新種Rhodococcus biphenylivorans（嗜聯(lián)苯紅球菌）TG9，但其PCBs降解特性尚未系統(tǒng)研究。本論文研究了

2、該菌株對(duì)不同PCBs同系物的降解能力;篩選了可作為TG9唯一生長(zhǎng)碳源和能源的PCB單體，并對(duì)其降解動(dòng)力學(xué)和中間代謝產(chǎn)物進(jìn)行了考察;最后利用全基因組測(cè)序結(jié)果對(duì)TG9的PCBs降解基因及通路進(jìn)行分析，并對(duì)降解通路中的關(guān)鍵酶活性進(jìn)行了檢測(cè)。主要研究結(jié)果和結(jié)論如下:
　　(1)以PCBs商品混合物Aroclor為降解底物，初步探究經(jīng)聯(lián)苯誘導(dǎo)后TG9對(duì)各氯代同系物的降解能力。結(jié)果表明，TG9對(duì)濃度均為10mg/L的Aroclor1221、A

3、roclor1242、Aroclor1254和Aroclor1260在7天的消減率分別為94.4％、58.5％、27.3％和3.3％，TG9經(jīng)聯(lián)苯誘導(dǎo)后可降解部分高氯代同系物，但對(duì)四氯及以下PCBs同系物降解效果更顯著。TG9對(duì)PCB單體的降解結(jié)果表明，TG9對(duì)二氯PCB單體的降解效果分別為一氯＞二氯＞三氯＞四氯，TG9對(duì)二氯代PCBs的降解能力依次是2,2'-CB＞3,3'-CB＞4,4'-CB，同時(shí)呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)的PCB單體不利于TG9

4、的降解。
　　(2)探究了TG9經(jīng)聯(lián)苯誘導(dǎo)后對(duì)不同濃度Aroclor1242和PCB單體的降解能力。結(jié)果表明TG9能耐受較高濃度的污染物，其對(duì)50mg/L、250mg/L和500mg/L的Aroclor1242消減率分別為61.1％、29.0％和12.1％。對(duì)不同濃度的PCB31的降解結(jié)果表明，污染物濃度過(guò)高或過(guò)低均不利于菌體的降解。
　　(3)菌株TG9能在聯(lián)苯誘導(dǎo)后以共代謝方式降解PCBs，進(jìn)一步考察其是否可將PCBs作

5、為唯一碳源和能源。開(kāi)展了三氯及以下全部39種PCB單體篩選實(shí)驗(yàn)，共有18種PCB單體可作為TG9生長(zhǎng)的唯一碳源和能源。錐形瓶大體系培養(yǎng)驗(yàn)證表明:PCB1、PCB3、PCB9、PCB12、PCB14和PCB18能作為TG9生長(zhǎng)的唯一碳源和能源，PCB10和PCB31不能作為TG9生長(zhǎng)的唯一碳源和能源，所得結(jié)果與篩選結(jié)果一致。
　　(4)從降解動(dòng)力學(xué)上分析PCBs作為唯一碳源和在共代謝方式下的降解差異。TG9對(duì)可作為唯一碳源和能源的單

6、體降解動(dòng)力學(xué)表明，氯取代數(shù)量影響生物降解速率，其對(duì)PCB1、PCB3和PCB12的降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，且以PCB3的降解速率常數(shù)最大為0.139。經(jīng)聯(lián)苯活化后，TG9對(duì)PCB31、PCB8和PCB11的降解也符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，降解速率常數(shù)分別為0.197、0.470和0.453，可能是TG9體內(nèi)的Bph降解酶被聯(lián)苯大量誘導(dǎo)表達(dá)所致。
　　(5)考察PCBs同系物的中間代謝產(chǎn)物。各氯代單體均產(chǎn)生相應(yīng)的氯代苯甲酸，說(shuō)明TG9對(duì)P

7、CBs的生物降解沿著bph途徑進(jìn)行。同時(shí)TG9對(duì)PCBs代謝產(chǎn)物氯代苯甲酸也有一定的降解能力，并且與已有報(bào)道的PCBs降解菌不同，其對(duì)二氯代苯甲酸2,5-CBA的降解效果顯著。
　　(6)利用全基因組測(cè)序法，對(duì)TG9降解PCBs的系列降解酶基因進(jìn)行解析。發(fā)現(xiàn)在TG9體內(nèi)，存在完整的PCBs降解編碼基因，其PCBs上游降解途徑中存在3個(gè)bphC編碼基因，且TG9的基因簇可能是一種新的基因簇。質(zhì)粒消除和提取結(jié)果表明，TG9中不存在質(zhì)粒

8、。
　　(7)利用轉(zhuǎn)錄組結(jié)果分析，TG9在正?；钚耘囵B(yǎng)狀態(tài)與模擬環(huán)境中休眠狀態(tài)相比，除bphB基因外，其余bph基因轉(zhuǎn)錄水平均上調(diào)。不同底物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明，TG9的BphA和BphC活性在可以作為唯一碳源和能源的聯(lián)苯、PCB1和PCB12的培養(yǎng)體系中，均顯著提高，而在必須以共代謝方式降解的PCB31培養(yǎng)體系中，這兩種酶的活性都無(wú)顯著誘導(dǎo)。進(jìn)一步明確了TG9對(duì)PCBs不同代謝方式的降解基因誘導(dǎo)表達(dá)機(jī)制。以上結(jié)果為進(jìn)一步深入研究TG9的