六氯苯厌氧降解菌群的培养、驯化及其活性分析

摘要

六氯苯(HCB)不仅是一种典型的持久性环境污染物，也是一种环境激素类物质，是斯德哥尔摩公约提出的12种优先控制的持久性有机污染物之一。 本文首先对现有的厌氧污泥进行了HCB驯化；驯化培养期间采用标准血清瓶实验方法考察了不同驯化时期的厌氧污泥降解HCB活性的变化。在厌氧污泥具备较高的HCB降解活性的基础上考察了反应条件对驯化污泥降解HCB活性的影响，确定了HCB降解反应的优化实验条件；在优化的实验条件下，研究了HCB的厌氧降解特性以及提高HCB降解活性的方法。其次，采用连续流和间歇式反应器同时取样分析的方法测定了HCB降解的中间产物，并推测了HCB的厌氧降解途径。另外，采用平板涂布和划线分离的方法在厌氧培养箱内进行了HCB降解菌的筛选工作。并采用标准血清瓶实验方法验证分离获得的单菌株对HCB的降解活性。最后，采用分子生物学方法，对HCB降解厌氧菌群的群落结构进行了分析。实验结果表明： (1)厌氧污泥经过150d的HCB驯化，对HCB的降解率由驯化前的14.4﹪提高到了62.5﹪。反应温度对HCB降解活性有显著影响，适宜温度为35℃左右；初始pH值在5.0-8.0的范围内驯化污泥对HCB的降解活性没有显著影响，但是有随着初始pH增大而HCB降解活性增加的趋势：与静置条件相比，保持一定的摇床转速更有利于提高厌氧污泥降解HCB的活性。 (2)不加入有机碳源时微生物对HCB的降解活性受到严重抑制，HCB的降解非常缓慢；而加入葡萄糖、甲酸、乙酸和丁酸等有机碳源时，明显促进HCB的降解。不同有机碳源对提高HCB降解活性方面发挥的作用不同，其中和HCB的降解直接相关的碳源是乙酸和甲酸。并推测产甲烷微生物对HCB的厌氧生物降解发挥了重要作用。 (3)厌氧污泥通过共代谢降解HCB。HCB的降解发生在微生物混合菌群中，依靠的是其协同、共生作用。 (4)通过HCB降解动力学分析，在各种碳源条件下，HCB的微生物降解均符合准一级反应动力学。 (5)葡萄糖添加量影响驯化污泥对HCB的降解活性。葡萄糖浓度在0-200mg/L范围内，增加葡萄糖加入量时HCB的降解活性有明显的提高；而葡萄糖浓度提高到500、1000mg/L时HCB的降解活性与葡萄糖浓度为200mg/L时的比较基本没有变化。 (6)血清瓶内葡萄糖浓度一定的条件下，氯化铵(氮源)的投加量对HCB的降解活性有显著影响，随着氯化铵投加量的减少，厌氧微生物对HCB的降解活性明显降低，显示出氮源对HCB降解的重要性。 (7)HCB初始浓度为0-1.0 mg/L范围内厌氧微生物对HCB均有较好的降解活性；在三个不同浓度(0.25、0.5和1.0 mg/L)条件下，HCB的降解活性分别为18.76、32.96和37.47μg·d<'-1>·g<'-1>(VSS)。 (8)低浓度的。Fe<'3+>(5mg/L)和Fe<'2+>(5mg/L)的存在能促进厌氧微生物对HCB的降解；有葡萄糖存在条件下维生素B<,12>也同样明显促进HCB的降解。葡萄糖和维生素B<,12>在不同条件下促进HCB降解的强弱顺序为：葡萄糖加维生素B<,12>>只加葡萄糖>只加维生素B<,12>。 (9)HCB驯化连续流反应器内存在HCB降解的部分中间产物五氯苯和1，2,4-三氯苯，这表明，厌氧混合培养条件下HCB的降解可能是通过脱氯实现的。并推测厌氧污泥对HCB的降解途径可能包括如下一种：HCB脱氯至五氯苯，再脱氯至1，2,4-三氯苯。但反应器内没有1，2,4-三氯苯的累积现象。HCB驯化污泥对氯苯类同系物1，2,4,5-四氯苯和1，2,4-三氯苯均有较好的降解活性； (10)分离纯化获得2株菌株，但其对HCB的降解活性不稳定，重现性差，不能确定其具备HCB降解能力。 (11)PCR-DGGE分析结果表明不同驯化时期HCB降解厌氧菌群间存在明显的差异性；测序结果表明，HCB降解厌氧菌群中有大量的不可培养的菌属，这些菌属都是优势菌群。 总之，本文在驯化培养获得HCB降解厌氧微生物之基础上进行了HCB厌氧降解的影响因素研究，一定程度上揭示了HCB的厌氧降解特性，为受其污染的土壤或沉积物的人工修复和强化处理提供了科学依据，此外还从分子水平上研究了HCB降解厌氧菌群的群落结构，为进一步展开有关方面的研究打下了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

引言

第1章绪论

1.1持久性有机污染物概述

1.2 HCB的污染状况

1.3 HCB的迁移转化及影响因素

1.4 HCB污染治理研究进展

1.5微生物菌群的DGGE分析

1.6本论文的研究意义、内容和技术路线

参考文献

第2章实验材料和方法

2.1实验材料

2.2实验方法

2.3分析方法

参考文献

第3章降解六氯苯微生物的驯化培养

3.1厌氧污泥的HCB驯化

3.2不同驯化时期微生物活性及其对HCB的降解能力考察

3.3溶剂和还原剂对微生物活性的影响

3.4环境因素对HCB降解活性的影响

3.5 HCB驯化微生物的扫描电镜观察

3.6小结

参考文献

第4章厌氧条件下六氯苯生物降解的外加碳源必要性

4.1实验材料

4.2实验方法

4.3实验结果

4.4厌氧微生物降解HCB的动力学研究

4.5讨论

4.6小结

参考文献

第5章影响六氯苯厌氧降解活性的若干因素

5.1葡萄糖添加量对HCB降解活性的影响

5.2氮源添加量不同时HCB降解活性的变化

5.3 HCB初始浓度不同时HCB降解活性的变化

5.4铁离子对HCB降解活性的影响

5.5添加维生素B12时HCB降解活性的变化

5.6小结

参考文献

第6章六氯苯厌氧降解的中间产物分析

6.1实验材料

6.2实验方法

6.3分析方法

6.4实验结果

6.5 HCB驯化污泥对CBs同系物的降解

6.6小结

参考文献

第7章六氯苯厌氧降解菌的筛选及混合菌群群落结构分析

7.1HCB降解菌的筛选

7.2HCB降解厌氧菌群的群落结构分析

7.3 小结

参考文献

第8章结论与展望

8.1结论

8.2创新点

8.3展望

原创性声明及知识产权保护声明

致谢

攻读博士学位期间发表论文的情况