河流表层沉积物中多环芳烃降解菌的分离及其特性研究

摘要

多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是一类典型的持久性有机污染物，具有稳定性和“三致”效应，其在环境中的转归过程和去除途径得到了国内外相关研究人员的广泛关注。原位微生物降解作为环境中PAHs去除的主要途径之一，其降解过程潜势的研究已成为当前生物修复领域的难点。本论文以长江、嘉陵江重庆主城段典型近岸表层沉积物为研究对象，以菲和荧蒽作为PAHs目标化合物，基于富集培养法进行了菌株筛选，采用传统分离法及近自然促进培养法等进行了PAHs原位水环境特征降解菌株的纯化分离，并借助现代微生物学方法探讨了获取的两株PAHs降解菌的理化特性，在对菌株初步鉴定分析的基础上，进行了两纯化菌株对目标PAHs化合物降解特性的实验研究。
　　论文主要的试验研究内容如下：
　　① PAHs降解菌的富集筛选与分离纯化实验研究
　　针对两江水体重庆主城段具有典型代表性的3个样点近岸水域表层沉积物，在多次富集筛选的基础上，采用传统培养方法与近自然纯培养法，纯化分离出了能以菲和荧蒽为唯一碳源生长的PAHs降解菌。其中采用传统法获取1株PAHs特征菌，采用近自然法获取了两株PAHs特征菌（其中1株与传统法获取的菌株相同）。与传统分离法相比，近自然培养法通过模拟微生物所需的自然环境，可确保被培养的微生物能够与原生环境交流，增强了培养体系中微生物可培养性，因此，近自然培养法在获取PAHs纯化特征菌株的数量上具有一定的优势，但传统法中菌落数相对更多。
　　② PAHs降解菌生理生化特性及其初步鉴定实验研究
　　针对表层沉积样中获取的两株能以PAHs为唯一碳源生长的纯化菌株（分别命名为CJ1和CJ2），进行了其形态特征分析与生理生化特性的系列实验，包括革兰氏染色、扫描电镜观察、葡萄糖发酵试验、甲基红（M.R.）试验、伏-普（V.P.）试验、吲哚试验、明胶液化试验、柠檬酸盐利用和淀粉水解试验等。基于琼脂糖凝胶电泳对纯化菌株的16S rDNA扩增检测结果，采用16S rDNA序列分析，初步鉴定纯化菌株CJ1为黄杆菌属，菌株CJ2为克雷白氏杆菌属。
　　③纯化菌株（CJ1、CJ2）PAHs降解特性实验研究。
　　将纯化菌株接种于具有一定初始浓度菲和荧蒽的液体培养基中，通过对PAHs剩余浓度随时间变化的实验结果分析，进行了纯化菌株对菲和荧蒽的降解过程特性的实验研究。针对纯化菌株在不同初始浓度菲和荧蒽条件下的降解代谢能力，进行了目标化合物初始浓度对纯化菌株降解过程特性的影响实验研究。结果表明，分离出的两株纯化菌株对菲和荧蒽都具有良好的降解代谢能力。
　　重庆是西南地区和三峡库区重要的工业重镇，PAHs在嘉陵江和长江重庆段水体中的赋存潜势较高，进行PAHs在嘉陵江和长江中重庆段的微生物转化过程与效能的研究十分必要。目前关于水体表层沉积物中PAHs降解菌的分离及其特性研究甚少，在重庆主城两江区域几乎属于空白，本研究依托国家自然科学基金与国家科技部国际合作项目课题，首次针对重庆主城长江、嘉陵江水体（含水源区）表层沉积物，以菲和荧蒽作为PAHs目标化合物，采用富集培养法筛选，传统分离法及近自然促进培养法纯化分离，获取了两株具有PAHs降解能力的菌株，在对其进行生理生化特性研究的基础上，采用现代分子生物技术进行了菌种的初步鉴定，并探讨了分离菌株的PAHs生物降解特性。论文研究结果可为PAHs在水环境的转归机制与PAHs污染的生态修复研究提供一定的数据积累和理论支撑。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 持久性有机污染

1.1.1 概述

1.1.2 PAHs的性质及其在环境中的分布

1.2 PAHs微生物降解的国内外研究进展

1.2.1 PAHs降解菌分离纯化的方法学及其种属特性

1.2.2 PAHs降解菌的代谢途径

1.2.3 PAHs降解菌的降解效能研究现状

1.3 课题的提出与研究内容

1.3.1 课题的提出

1.3.2 主要研究内容

2 材料与方法

2.1 样品采集

2.2 培养基制备与实验试剂

2.2.1 培养基制备

2.2.2 主要试剂

2.3 实验仪器

2.4 PAHs的检测方法

2.5 试验方法

2.5.1菌株的分离纯化

2.5.2 PAHs降解菌理化特性与初步鉴定实验

2.5.3 特征PAHs降解菌对菲、荧蒽的降解效能试验

3 PAHs降解菌的分离与初步鉴定试验结果讨论

3.1 PAHs特征降解菌的分离纯化

3.1.1 PAHs特征降解菌的筛选富集

3.1.2 菌株的纯化分离及形态分析

3.2 菌株的初步鉴定

3.2.1 菌株生理生化指标测定。

3.2.2 纯化菌株的生长曲线测定

3.2.3 16S rDNA序列分析

4 PAHs降解菌的降解特性试验结果讨论

4.1 两纯化菌株对菲的降解特性研究

4.2 两株降解菌对荧蒽的降解特性研究

4.3 不同荧蒽/菲初始浓度对降解菌降解特性的影响

4.3.1 不同浓度的菲和荧蒽对菌株CJ1的影响

4.3.2 不同浓度的菲和荧蒽对菌株CJ2的影响

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录