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近年来海洋溢油事件频繁发生,伴随产生的石油污染成为近海岸国家面临一项严峻的环境问题。研究表明石油中总的多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)98%为烷基取代多环芳烃(Alkylated PAHs,A-PAHs),进入水体环境后,沉积物中A-PAHs含量仍占总PAHs达70%以上。科学家指出菲(Phenanthrene,Phe)及烷基Phe广泛分布于海洋溢油区,且烷基Phe是引起海洋鱼类发育毒性和生殖毒性最主要的PAHs。因此A-PAHs的研究逐渐成为环境学家关注的的焦点。微生物降解是消减PAHs的重要手段。已开展的有关溶解态PAHs生物降解的研究多集中于母环PAHs(Parent PAHs,P-PAHs),部分涉及A-PAHs的研究主要关注烷基萘,对3环及以上A-PAHs研究鲜见报道。基于此,本文首先研究了新鞘氨醇杆菌US6-1对溶解态单组份Phe及甲基菲(Methyl βhenanthrene,MP):1-MP、3-MP、4-MP和9-MP的降解特性及跨膜机制比较。其次,考察了 PAHs胁迫下US6-1细胞膜表面性质变化及MP异构体与US6-1亲和力参数的差异,对降解过程差异进一步讨论说明。之后,研究了 US6-1对溶解态多组分条件下Phe、3-MP和9-MP的降解过程差异比较,并对机理进行初步探讨。最后,实验室模拟条件下考察了低分子量有机酸(Low molecular weight organic acids,LMWOAs):草酸、柠檬酸和酒石酸对Phe、3-MP及9-MP生物降解过程的差异影响。研究结果如下:1)利用同步荧光光谱法研究US6-1对溶解态单组份Phe及MP生物降解过程,并考察了其跨膜过程的差异。Phe和MP同步荧光法线性范围分别为0.08～6.00×10-6mol/L和0.08～1.20×10-6 mol/L,R2>0.9912,能够用于US6-1降解溶解态MP的过程研究;对1-MP、3-MP、4-MP及9-MP检出限分别为5.17× 10-10、3.74×10-10、7.17×10-10、3.12X10-10和 4.23×10-10 mol/L,所建方法的灵敏度、线性范围和检出限均低于已有报道。菲环上不同位置的甲基取代基产生了不同空间位阻效应,进而影响MP异构体的生物降解,降解速率趋势为:4-MP(α位)<9-MP(α位)<1-MP(α位)<3-MP(β位),即α位取代MP降解速率慢于β位取代MP。实际最大生物降解速率同理论最大跨膜通量呈良好的线性关系(R2=0.8969),表明跨膜过程是Phe及MP生物降解过程中的限速步骤。NaN3对Phe降解速率影响较小,但抑制MP降解且抑制程度与取代基位置有关,说明甲基取代基产生的位阻效应改变A-PAHs跨膜方式。2)通过考察PAHs对降解主体US6-1的影响以进一步研究Phe及MP异构体降解过程的差异。MP存在下的US6-1细胞膜表面3-OH脂肪酸/总的细胞膜表面脂肪酸比值低于Phe存在下的值:Phe为4.22%,1-MP为3.76%,3-MP为3.03%,4-MP为2.64%,9-MP为2.79%,即MP存在下的US6-1细胞膜上脂多糖(Lipopolysaccharides,LPS)含量低于Phe存在下的含量,说明MP存在下的US6-1细胞膜表面疏水性高于Phe存在下。疏水性实验结果为Phe(34.6%)<3-MP(40.10%)<1-MP(41.31%)<4-MP(60.73%)<9-MP(68.4%),与 US6-1 对 MP的降解难易顺序(4-MP<9-MP<1-MP<3-MP9-MP>1-MP>3-MP>Phe,说明MP与US6-1亲和力要小于Phe,即甲基取代阻碍了 MP与降解酶的结合,使得其降解速率减小。3)利用同步荧光光谱法研究了两组分及三组分条件下Phe、3-MP、9-MP分别与其它 PAHs:芴(Fluorene,Flu)、1-甲基芴(1-Methylfluorene,1-MF)、芘(Pyrene,Pyr)相互作用对其降解过程的影响。结果表明,所建方法对MP线性范围为0.08-1.20×10-6 mol/L,对 Phe、3-MP 及 9-MP 检出限为 1.24×10-9、1.34×10-9、1.42×10-9mol/L。所建方法的灵敏度、线性范围和检出限与已有报道接近。US6-1优先利用Phe及MP,其次是Flu和1-MF,最后是Pyr。较于单组份PAHs的降解,多组分条件下:Phe和MP的降解速率减小,且三组分条件下速率减小程度大于两组分条件下;Flu和1-MF的降解均受到促进,且三组分与两组分条件下受到的促进程度类似;对于Pyr的降解,Phe及MP起促进作用,而Flu和1-MF起抑制作用,且三组分条件下Pyr的降解趋势为这两种作用的相互平衡的结果。多组分条件下,较于Phe,MP的降解速率减小程度更大,且对其他PAHs的降解促进作用更弱,即甲基取代基的存在使得PAHs降解完全需要时间更长。4)利用同步荧光法研究了 LMWOAs草酸、柠檬酸和酒石酸对US6-1降解溶解态单组份Phe、3-MP和9-MP的影响。结果表明,上述LMWOAs浓度为0.2 mmol/L时,均促进US6-1对Phe的降解,但草酸抑制了 3-MP及9-MP的降解,柠檬酸和酒石酸则表现为促进作用。2.0 mmol/L的草酸促进了 Phe、3-MP及9-MP的降解,而2.0 mmol/L酒石酸抑制了 Phe、3-MP及9-MP的降解。两种浓度条件下LMWOAs中,草酸均使得US6-1表面疏水性提高。双因素方差分析结果表明,LMWOAs种类、浓度及二者的交互作用在Phe及3-MP的降解过程中起主要作用(p<0.05),而对于9-MP,此三因素并非降解过程的关键因子(p>0.05)。综上,通过对溶解态Phe及MP生物降解过程的比较研究,有助于深入理解PAHs生物降解过程,同时为预测更复杂PAHs降解过程提供参考,进而为水环境A-PAHs归趋研究提供科学指导和数据支持。