【摘 要】
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多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)一般存在于环境中,是一种性质稳定,难以分解,具有潜在致畸、致癌、致突变的有机化合物,对人类的生命健康存在很大威胁。微生物修复技术由于操作相对简单、修复效果好、对环境的影响微弱、几乎没有二次污染等优点,受到专家学者的广泛关注,成为去除PAHs的主要途径。微生物胞外聚合物(Extracellular polymert
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(41977141); 国家自然科学青年项目(21806147); 国家重点研发计划(2018YFC1801100);
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多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)一般存在于环境中,是一种性质稳定,难以分解,具有潜在致畸、致癌、致突变的有机化合物,对人类的生命健康存在很大威胁。微生物修复技术由于操作相对简单、修复效果好、对环境的影响微弱、几乎没有二次污染等优点,受到专家学者的广泛关注,成为去除PAHs的主要途径。微生物胞外聚合物(Extracellular polymertic substances,EPS)作为微生物在新陈代谢过程中,分泌出的一种附着于微生物表面及周围环境的高分子聚合物质。随着微生物修复技术研究的深入,EPS在微生物修复污染土壤过程中的作用越来越受到关注。本文以多环芳烃高效降解菌融合菌株F14为研究对象,菲为目标污染物。探究了EPS在融合菌株F14修复菲污染土壤的作用机理,以便更好地丰富PAHs污染土壤的生物修复机制,为日后实地修复PAHs污染提供科学依据和理论支持。主要研究结果如下:(1)通过研究不同浓度菲诱导对融合菌株F14胞外聚合物的影响,主要从组分含量、降解效果以及结构变化等方面进行表征。研究表明,随着菲诱导浓度的增加,EPS组分含量、蛋白峰强度均呈先增后减趋势,在菲浓度为100 mg/L时达到最大值。随着时间的变化,EPS降解菲的效果呈先增后减趋势,且菲的诱导浓度为100 mg/L时产生的EPS降解效果最好。FTIR分析结果表明,EPS表面的羟基、氨基、酰胺基团(羰基)和羧基都参与了降解过程。SEM分析结果表明,随着菲浓度的增加,EPS表面变得光滑密实,孔隙逐渐变小。(2)通过改变不同因素条件,测定EPS表面张力以及对菲的降解情况。研究结果表明,随着EPS浓度的增加和p H的增加,EPS的表面张力均呈现先增后减的趋势,且在EPS浓度为35.72 mg/L,p H=7(自然状态)时,表面张力达到最低值。随后进行菲的降解实验,发现EPS降解菲的最适温度为30oC,最适浓度为35.72 mg/L,最适p H为7。通过实验合理推断,EPS对于菲的吸附降解过程,EPS先利用疏水作用与菲结合,再利用亲水部分将其包裹在EPS表面,随后利用酶将菲降解。(3)通过研究EPS在融合菌株F14修复菲污染土壤中的作用,从对菲的降解效果、土壤FDA酶活性、官能团组分进行分析。研究表明:培养到35 d时,高浓度菲污染土壤降解率整体低于低浓度,加入F14菌液和EPS混合溶液的实验组,降解率明显高于加入F14菌液的实验组。这说明EPS有助于提高融合菌株F14对菲的降解效果。EPS本身对菲也有一定的降解效果。在污染水平较高的土壤中,EPS还可以减缓过高浓度菲对融合菌株F14的影响,发挥其保护作用。通过对FDA酶活性变化分析,发现培养到21d时,加入F14菌液和EPS混合溶液的实验组,酶活性处于相对较高水平。这是由于EPS在保护F14菌株的同时,还为菌株的生长繁殖和新陈代谢提供保障。FTIR红外光谱显示,蛋白质的N-H伸缩振动吸收峰,多糖的C-O-C伸缩振动吸收峰和O-H伸缩振动吸收峰,以及指纹区,吸收峰的强弱均有明显变化,且有个别出现偏移现象。(4)EPS在融合菌株F14降解菲的过程中,自身具有一定的降解效果,推测其过程可能是,先通过EPS多糖的疏水作用与菲结合,随后再利用产生的蛋白酶参与降解过程,但是吸附位点数量和酶的生成量有限,其主要作用的官能团是羟基、羧基、氨基。除此之外,EPS还可以保护菌株,必要时为其提供营养物质,保持正常的生长代谢,提高降解效果。
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