海洋青霉真菌对多氯联苯的移除效应研究
多氯联苯(Polychlorinated Biphenyls,PCBs),是环境中广泛存在的一类有机氯污染物,难以降解,胶州湾表层沉积物已经受到PCBs污染。本文从PCBs污染较重的李村河邻近海域表层沉积物中分离4株优势海洋青霉真菌,HTTD-Z0901、HTTD-Z0902、HTTD-Z0903和HTTD-Z0904,记为LC1、LC2、LC3、LC4。以此四株海洋真菌为研究材料,开展PCBs移效果研究。获得了一系列有意义的结果及新认识。主要研究内容及获得的成果总结如下:
第一章,对国内外在海洋真菌生物多样性、生理活性物质及真菌环境应用方面的研究进行了简单介绍和评述,虽然我国未开展海洋真菌在环境修复方法的工作,但非常明确,我国海洋青霉真菌资源丰富,具有开展海洋真菌环境修复应用的物质基础;结合PCBs的性质及环境分布特点,在总结和评述国内外PCBs处理和修复的基础上,根据真菌修复的应用和研究情况,提出海洋真菌修复PCBs污染的方法,并针对真菌修复PCBs污染的主要关注的问题确定了本研究论文的研究重点及主要研究内容。
第二章,从胶州湾表层沉积物中筛选四株优势真菌,经分子生物学鉴定和生理生化指标鉴定,LC1、LC2、LC4真菌分别为产黄青霉(Penicilliumchrysogenum)、灰黄青霉(Penicillium griseofulvum)、团青霉(Penicillium commune),LC3也是青霉属真菌。本章建立了PCBs的气相色谱-质谱法(GC-MS)分析技术,对技术的线性范围、检出限、准确度进行考察,为其后进行真菌移除PCBs效果的评估奠定了技术基础。
通过对四株真菌进行生长及PCBs耐受能力测试,发现四株真菌均不能直接利用联苯和PCBs;而在外加葡萄糖碳源下,四株真菌均有共代谢降解PCBs的可能性,且溶剂正己烷对真菌正常生长影响不大。选择一氯到七氯取代的6种PCBs进行移除效果研究,设置了对照组、灭活组以及空白组进行比对,利用GC-MS检测了PCBs的吸附和残留;在为期35天的降解实验中,检测到氯离子的累积、漆酶(Lac)活性的变化。结果表明,海洋青霉真菌对一氯至七氯取代PCB具有移除效果,最高移除率分别为为72.92％、59.62％、89.98％、88.36％、90.29％、53.3％;四株菌株对PCBs的平均移除能力顺序为LC3>LC1>LC2>LC4,氯离子的累积、Lac酶活性的变化与PCBs移除能力显示出一致性,呈正相关关系。海洋青霉真菌可以通过吸附作用、可共代谢降解作用实现对PCBs的移除;对低氯取代PCBs,降解为主要作用方式,降解性能LC3最佳;对六氯、七氯取代PCBs,吸附为主要作用方式,吸附性能LC4最佳。
第三章,在分析测定胶州湾表层沉积物氮磷含量基础上,设置氮含量N分别为0.595 g·L-1、0.119 g·L-1、0.0595 g·L-1,氮磷比例分别为5:1、15:1、45:1,设置三个水平和三个浓度实验,探讨氮磷水平对海洋青霉真菌降解PCBs的影响。选择3种沉积物中广泛分布的PCBs单体为实验材料,考察氮、磷营养水平和不同比例对PCBs移除性能的影响。实验过程中检测到不同阶段的氯离子含量的变化和Lac酶活性变化,检测了最终产物。结果表明,在不同氮磷比例下,4种真菌均能不同程度的降解目标PCBs,在氮水平为0.119 g·L-1降解效果最优。对PCBs降解产物的分析结果表明青霉真菌可进攻苯环上的邻位、间位、对位位点,相对于细菌在降解方式上显示出明显的多样性。
第四章,在分析测定胶州湾表层沉积物金属元素含量基础上,模拟海水环境,选择对Cu、Fe、Mn进行不同剂量的添加,开展PCB118降解实验。实验模拟了海水环境,检测了酶活性变化情况,利用GC-MS分析测试了PCBs的浓度变化。结果表明,Fe、Cu和Mn元素的添加促进了真菌的生长。无论在高浓度还是低浓度水平的重金属含量下,LC3移除效果最优,LC1次之,紧接着是LC2,最后为LC4。Fe添加量为20 mg·L-1、Cu添加量为10mg/L获得了Lac酶活性最大变化及PCB118最佳移除效果。Fe、Cu对菌株Lac酶活性、PCBs移除效果的影响显示出一致性,Mn添加的不同变化则显示了菌株对Mn利用的多样性。在添加Mn2+的情况下,本章节中仍然能没有检测到MnP、MiP活性的变化,证明细胞外的过氧化物酶不参与PCBs的降解,是Lac酶而不是MiP、MnP等过氧化物酶参与了PCBs的降解过程。
第五章,海洋真菌可在pH值为7至8的范围内均能生长,并产生LiP胞外酶降解单体PCB。根据海洋沉积物的酸碱度,本章节模拟海水环境,设置了6、7、8三个不同的梯度考察了pH对PCBs移除效果的影响。检测了降解过程中木质素氧化酶(LiP)的活性变化,并初步评价了真菌降解体系的抗氧化能力。LiP酶活性变化和抗氧化能力表明,海洋真菌在偏碱性条件下对PCB的移除效果更好,表现出海洋来源的特点。在pH值为6至8的条件下,LiP酶活性和抗氧化能力的变化趋势青霉真菌对PCB移除效果改变趋势一致,表明在海洋沉积环境中LiP酶活性和抗氧化能力的与PCB移除性能正相关。
本研究以海洋青霉真菌为实验材料,针对持久性有机污染物PCBs开展研究工作,结合氯离子累积、PCBs残留及降解产物、酶活性变化等信息,分析真菌对PCBs的移除效应;从超纯水基体到模拟海水基体,探讨真菌在不同氮磷营养水平、不同金属元素添加及不同pH值下的PCBs移除效果,结果表明,筛选白海洋沉积物的优势青霉真菌对PCBs具有良好的移除性能,对其PCBs降解过程的深入理解有助于更深入地认识海洋微生物,发现新的海洋微生物资源,为研究生物体对环境特定适应能力而引发的生物生产过程变化提供了新的资料。
海洋沉积物;海洋青霉真菌;移除效应;多氯联苯;生物多样性
中国海洋大学
博士
海洋化学
王小如
2011
中文
X172
153
2011-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）