含氧芳香烃降解机理及其加氧酶的诱导研究

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我们国家“十二五”环境治理工作规划中,持久性有机物污染环境的修复是需要解决的重要环境问题之一。多环芳烃(PAHs)是一类有致癌、致畸和致突变作用的持久性有机污染物。其降解过程中常常有含氧芳香烃化合物产生和积累,它们不但毒性更强,且会抑制母体多环芳烃的进一步降解。所以在多环芳烃微生物降解的研究过程中,需要对多环芳烃代谢中间产物的进一步氧化及其降解机理展开研究。这对于加速多环芳烃的矿化有重要的现实意义。本文从多环芳烃的污染物危害、生物降解研究现状、中间代谢产物及其研究现状等方面进行了较全面的综述。通过实验条件摸索建立了邻苯二酚加氧酶、水杨酸加氧酶、1-羟基-2-萘甲酸加氧酶等三种酶的酶活性测定方法,研究了一株杀鲑气单胞菌CN4培养基中金属离子及其浓度对对上述三种加氧酶的诱导、激活、抑制等作用;并用GC-MS鉴定了CN4菌株降解邻苯二酚、水杨酸及1-羟基-2-萘甲酸等时的中间代谢产物,推测了降解途径。获得以下研究成果:(1)生长碳源、培养基中金属离子及其浓度对CN4菌株三种加氧酶的的合成均有影响作用。在选择的9种生长碳源中,甘油是诱导CN4菌株邻苯二酚加氧酶的最佳生长碳源,对数生长期酶活性可高达85ug/min·mg(Pr);“葡萄糖+菲”复合碳源是诱导CN4菌株1-羟基-2-萘甲酸加氧酶的最佳生长碳源,对数生长期酶活性可高达48.125ug/min·mg(Pr);而邻苯二甲酸是诱导水杨酸加氧酶的最佳生长碳源,对数生长期酶活性可高达20.192ug/min·mg(Pr)。CN4菌株三种加氧酶活性随无机培养基中Fe2+、Mn2+浓度的升高呈现先升高后降低的趋势;无机培养中的Mg2+对CN4菌株三种加氧酶有抑制作用;三种加氧酶的活性对培养基中Cu2+浓度比较敏感,Cu2+两个浓度之间三种加氧酶的活性变化较大。(2)加氧酶活性的最佳测定条件:测定邻苯二酚加氧酶活性时,适量Ca2+、Mn2+、Fe3+酶活增大,最适pH7.0;在最适pH7.5,适量Ca2+、Fe2+、Fe3+存在可提高水杨酸加氧酶酶活性测定值;适量Mn2+、Fe2+、Fe3+三种金属离子存在时可以使1-羟基-2-萘甲酸加氧酶的活性增大,其测定最适pH7.0。三种加氧酶的最适温度均为30℃。与菌种生长过程不同,粗酶液活性测定过程中,Cu2+对酶活性有明显抑制作用。和生长过程一致,Mg2+对酶活性有明显抑制作用。(3)GC-MS对代谢产物的鉴定结果表明:CN4菌株代谢邻苯二酚时,主要中间产物为苯酚和1,2-苯醌,因此有两种代谢途径,且24h内可以被CN4完全降解。对水杨酸时主要产生2,6-二羟基苯甲酸或2,3-羟基苯甲酸,三羟基苯环,苯酚等三种产物。对1-羟基-2-萘甲酸代谢产物主要为1-羟基萘,1,2-二羟基萘,水杨酸和苯甲酸等氧化产物。(4)在多种降解体系中,CN4菌株+表面活性剂+苜蓿联合处理土壤中多环芳烃的效果最好。土壤中蒽降解25d后降解率为87.75%,其降解菲的效率为80.97%,降解芘的效率为53.06%;降解25d后的土壤pH值会下降;降解25d后土壤中FDA都要比初始有所升高。
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