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有关海洋微生物分解多环芳烃的研究

2020-01-07 341 上传者：管理员

摘要：多环芳烃污染能力非常大，具有致癌、致畸的危害，是一类常见的海洋污染物。多环芳烃海洋污染治理的首要对象，其在海洋中很难降解，严重危害着海洋生物以及海洋环境，因此发展海洋微生物的降解能力刻不容缓，以此降低多环芳烃的危害程度。本文主要对海洋微生物对多环芳烃降解的相关内容进行了探讨。

关键词：
多环芳烃
海洋微生物
生物分解
降解
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多环芳烃是海洋环境中危害比较大的一类化学污染物，人类活动以及能源利用等均是产生多环芳烃的渠道，比如：污水、废气等，地表径流和空气循环条件下，多环芳烃进入到海洋环境中，在海洋中形成生物富集、重悬浮、生物降解，增加了海洋中苯环的数量，苯环自身的水溶性低，脂溶性强，其在海洋中的时间越长，越容易增加毒性物质的含量。多环芳烃污染的治理中，微生物降解有着一定的成效，通过沉积的方法可以去除海洋中的多环芳烃含量，微生物降解对多环芳烃的处理要优于生物积累、土壤吸附以及化学氧化，重点研究海洋微生物在多环芳烃中的治理作用，全面落实海洋微生物对多环芳烃的治理工作。

1、多环芳烃的污染分析

多环芳烃是一类有毒害、有污染的物质，含有两个及两个以上苯环的多环芳烃在自然界中分布非常稳定，属于一类有机化合物[1]，常见的形态有萘、菲(phenanthrene，Phe)、荧蒽(fluoranthene，Flu)、芘(pyrene，Pyr)、苯并芘(benzopyrene，BaP)等，多环芳烃的分子量越高表示其可降解的可能性越低，其在自然界中有100多种的化学结构式，增加了海洋污染的负担。

2、微生物对多环芳烃的降解作用

海洋微生物在降解多环芳烃时可以采用生物修复的方法，清除海洋中的多环芳烃，而且不会产生二次污染[2]。微生物降解多环芳烃具有较高的研究价值，有助于治理海洋环境。海洋微生物在降解多环芳烃时具有多样化的途径，根据多环芳烃降解时微生物的生化状态及分子遗传机制挖掘更深层次的降解方式，抑制多环芳烃对海洋环境的污染。

3、微生物降解多环芳烃的实验

本文以苍白杆菌属的微生物为实验研究对象，探讨其对多环芳烃的降解作用，苍白杆菌属的微生物，具有降解有机物污染的能力，常用在苯酚、甲酰胺、有机磷农药等污染治理中，提高环境修复的能力。苍白杆菌属中的微生物经过降解推测和基因工程菌的研究后，应用到了海洋多环芳烃的降解中。

3.1 实验材料

3.1.1 菌株来源

菌株取自实验室的保藏菌种，选择苍白杆菌属的微生物为研究对象，命名是OchrobactrumsP.BAP5。

3.1.2 实验试剂

海洋微生物OchrobactrumsP.BAP5降解多环芳烃实验研究中涉及到的试剂有：标准蛋白Marker；牛血清蛋白(5mg/mL)；0.01M磷酸缓冲液(PBS)，08gNaCl，0.27gKH2PO4，1.42gNa2HPO4，0.2gKCl，缓冲液中加入800mL的蒸馏水，把pH调整到7.4之后定容到1L[4]；邻苯二酚(5mg/ml)，10mL的甲醇中溶解0.05g的邻苯二酚；苯甲基磺酰氟(PMSF)，使用1mL的无水乙醇溶液溶解0.174g的苯甲基磺酰氟(PMSF)；Bradford试剂，25mL99%的乙醇溶解50mg的考马斯亮蓝G-250，使用搅拌器搅拌30min，搅拌均匀之后加入50mL86%(w/v)的H3PO4并加水定容至100mL，接下来使用双层滤纸过滤等待使用。

实验中使用的仪器有：JSM-6360LA钨灯丝扫描电镜；含手柄与85μm萃取头的固相微萃取装置；QP5050A的气质联用仪；UV-紫外可见分光光度计；超声细胞破碎仪、分液漏斗等。

3.2 实验方法

3.2.1 观察菌株形态

观察菌株形态时，2216E平板划线，纯化单菌，观察菌落的形态，菌株实行革兰氏染色，使用光学显微镜观察菌体的实际形态，同时采用扫描电镜技术再进一步的观察菌株的形态、概貌。样本处理时使用扫描电镜，菌株BAP5要在2216E的液体培养基中过夜，培养后在低速离心的条件下收集菌体，使用PBS缓冲液冲洗菌体，冲洗2次后就可以使用无菌水重悬[5]。玻璃片上涂抹适量的菌体，自然晾至干燥的状态，把样品放入2.5%戊二醛酸缓冲液内，在4℃的环境中过夜并固定菌体，使用PBS冲洗后在40%、70%、90%、100%梯度的乙醇溶液中脱水，菌体室温下吹干并喷金，使用扫描电镜观察。BAP5菌落在培养基上表现出圆形、白色的形态，边缘便捷清晰整齐，光学显微镜和扫描电镜观察的菌株都是短杆状，革兰氏染色结果是阴性菌。

3.2.2 观察降解效率

首先实验中观察菌株BAP5对单一多环芳烃的降解效率。菌株在低温条件下使用甘油保存，再用2216E培养基做活化、扩倍处理，按照1%的接种量分别加入到含有BaP、Phe、pyr、Flu的MSM内，含量都是10mg/L，还要设计3个平行样以及没有接种的空白组，设计温度25℃，提供150rpm的避光震荡条件，在培养基上培养30d，实行HPLC检测，每个样品检测时都要设置3个重复组，提高降解效率观察的准确度[6]。BAP5在单一的多环芳烃诱导下培养30d之后检测降解率，三个苯环的Phe降解效率最高，实验结果约为40.37%，其他降解率相差不大，基本在25.18%～30.39%之间。

第二是观察菌株BAP5共代谢对BAP5多环芳烃的降解影响。实验中在培养基内分别加入水杨酸、Phe、Pyr、Flu10mg/L到MSM培养基内，接入菌株群体BAP5，培养时间是30d，使用HPLC检测，样品设置为3个重复组，方便对照观察。共代谢底物加入后，Flu可以加快菌株降解的速度，降解率从25.20%提高到了51.27%，水杨酸对BAP5的降解有抑制作用，其他影响降解率的程度不大。

第三是观察金属离子对BAP5降解多环芳烃的降解影响，在MSM培养基中加入Fe3+、Cu2+、Zn2+、Mn7+金属离子，接入菌株BAP5，培养时间是30d，使用HPLC检测，每个样品设置3个检测组，方便对照观察[7]。实验观察结果显示，金属离子CU2+对降解有明显的抑制作用，主要是因为CU2+能够影响菌株的生长，所以会降低降解的效果，其他金属离子对降解无太大影响。

3.3 结果分析

海洋微生物降解多环芳烃时基本是以共代谢的形式进行的，实验中加入了共代谢的底物后能够明显提高微生物降解的效率，不同类型的菌株在共代谢中产生了不同程度的降解作用，金属离子对海洋微生物的降解无明显的影响，部分金属离子可以促进菌株之间的转化，转化的菌株帮助海洋微生物转化之后再进行降解。

4、结束语

海洋微生物确实对多环芳烃具有降解作用，海洋多环芳烃污染治理中可以采用混合菌株的方式，促使不同类型的海洋微生物均可以降解多环芳烃，加快多环芳烃污染治理的速度，并且修复海洋微生物环境。多环芳烃对海洋环境的污染是不能忽视的，采用实验的方法研究海洋微生物对多环芳烃的降解，明确海洋微生物的菌株类型，全面治理海洋中的多环芳烃污染。

参考文献：

[1]何腾腾.海洋微生物降解多环芳烃的研究[D].汕头:汕头大学,2009.

[2]徐艳.一株具浮起特性的海洋微生物降解多环芳烃的初步研究[D].汕头:汕头大学,2007.

[3]郭楚玲,哈里德,郑天凌,田蕴,洪华生.海洋微生物对多环芳烃的降解[J].台湾海峡,2001(01):43-47.

[4]魏俊飞,吴家强,焦文娟.多环芳烃的毒性及其治理技术研究[J].污染防治技术,2008(03):65-69+118.

[5]张春杨,彭振兴.萘降解菌NAP_A的分离、降解性能和分子系统学研究[J].生态环境,2008(01):109-112.

[6]李久海,董元华,曹志洪,王辉,杨林章,胡正义,林先贵,尹睿.慈溪市农田表层、亚表层土壤中多环芳烃(PAHs)的分布特征[J].环境科学学报,2007(11):1909-1914.

[7]韩菲.多环芳烃来源与分布及迁移规律研究概述[J].气象与环境学报,2007(04):57-61.

宋虹.海洋微生物对多环芳烃的降解探讨[J].环境与发展,2019,31(9):112-113.