微藻及藻菌复合体系对环境激素壬基酚的降解效应研究

发布时间：2020-08-15 12:41

【摘要】：壬基酚(Nonylphenol,NP)是合成非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚的主要原料,在造纸、纺织、塑料、农药和清洗剂等行业被广泛大量使用并释放到环境中,具有明显的雌激素效应和极强的生物积累性,是对人类健康和生态安全构成严重威胁的典型环境激素类物质。论文以壬基酚为降解物质,研究了微藻及藻菌复合体系对环境激素壬基酚的降解效能及其机制,以期为探索环境激素类污染物的生物降解新途径和改善水域的生态修复技术提供科学依据。论文取得了以下研究结果:(1)通过微藻对壬基酚的耐受性和降解性实验,发现斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)、四尾栅藻(Scendesmus quadriauda)、小球藻(Chlorella vulgaris)、月牙藻(Selenastrum bibraianum)、针形纤维藻(Ankistrodesmus acicularis)和微小色球藻(Chroococcus mjnutus)等6种微藻能够降解壬基酚。6种微藻对壬基酚质量浓度在0.5~2.5 mg·L-1条件下的平均生物去除率分别为针形纤维藻83.77%,小球藻80.80%,四尾栅藻70.96%,月牙藻67.45%,斜生栅藻66.87%,以及微小色球藻64.26%。(2)6种微藻对壬基酚均具有吸附、吸收和生物降解作用。在5天的培养时间后,针形纤维藻对培养液中壬基酚的富集(藻细胞吸附和吸收)比例为17.74%,对壬基酚的生物降解率为65.63%;小球藻的富集比例为12.00%,生物降解率为68.80%;斜生栅藻的富集比例为28.72%,生物降解率38.15%;四尾栅藻富集比例为7.86%,生物降解率为63.10%;月牙藻富集比例为26.87%;生物降解率为42.57%;微小色球藻富集比例为30.13%,生物降解比例为34.91%。6种微藻细胞胞外吸附壬基酚量占细胞富集量的13%~26%,胞内吸收壬基酚量占细胞富集量的74%~87%。6种微藻细胞均在培养1天内对壬基酚的吸附和吸收量最大,而后随培养液中微藻生物量增加呈显著减少趋势。(3)利用第二代Illumina Miseq高通量测序方法研究了藻际伴生菌的生物多样性,小球藻、四尾栅藻和针形纤维藻等3种微藻在壬基酚暴露条件下的主要伴生菌分属于3个门的11个属,拟杆菌门(Bacteroidetes)的黄杆菌属(Flavobacterium sp.)、紫杆菌属(Porphyrobacter sp.)、甲基杆菌属(Methylobacterium sp.)和Sphingopyxis sp.,变形菌门(Proteobacteria)的Limnobacter sp.、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas sp.)、短波单胞菌属(Brevundimonas sp.)、嗜甲基菌属(Methylophilus sp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)和嗜酸菌属(Acidovorax sp.),以及疣微菌门(Verrucomicrobia)的疣微菌属(Verrucomicrobium);其中,假单胞菌属、紫杆菌属、Sphingopyxis sp.和黄杆菌属的优势度较高,4种菌在伴生菌群落中占57.7%~96.0%。三种微藻的藻际伴生菌大部分对有机污染物具有生物降解能力。(4)从微藻藻际环境中驯化分离出伴生菌3株:假单胞菌SW-1(Pseudomonas sp.)、ZL-2(Pseudomonas sp.ZL-2)和斯氏假单胞菌XQ-3(Pseudomonas stutzeri);从目标污染水域驯化分离出非藻际伴生菌1株:贪铜菌EB-4(Cupriavidus sp.)。4株细菌都能够以壬基酚为唯一碳源生长,而且对壬基酚均具有较强的降解能力,降解过程符合一级反应动力学Monod模型。其中,非藻际伴生菌EB-4对壬基酚的降解速率常数较高(0.3000 d-1);三种藻际伴生菌对壬基酚降解速率常数较低,在0.1247 d-1~0.1516 d-1之间。(5)利用四尾栅藻与其伴生菌、针形纤维藻与其伴生菌、小球藻与其伴生菌以及四尾栅藻与非藻际伴生菌分别构建藻菌复合体系S-SW、A-ZL、C-XQ、S-EB,研究4种复合体系对壬基酚的降解效应。结果表明,S-SW藻菌复合体系以及S-EB藻菌复合体系的生物降解率显著高于对应的微藻或降解菌单独存在的处理组。四种藻菌复合体系降解壬基酚的过程均符合一级反应动力学方程,C-XQ对壬基酚的降解速率常数最高(0.3960 d-1),S-SW(0.3506 d-1)和A-ZL(0.1968 d-1)的次之,S-EB(0.1776 d-1)最低。
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X17;X592
【图文】：

壬基酚,化学结构,微藻

分离、纯化了野外常见且文献报道对有机污激素壬基酚的耐受性实验。以微藻的叶绿素v/Fm）以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧系统酶作为微藻的生理生化指标，分析壬基性作用的耐受机制。H19C6H4OH）, 分子量为 220.36，化学结格玛奥德里奇公司（Sigma-Aldrich Compaol），乙腈（Acetonitrile）均为色谱纯，购于；其他如培养基所用的试剂为广州化学药品

细菌群落,优势细菌,相对丰度,群落

58图 4.1 不同分类水平上的细菌群落组成Fig.4.1 Bacterial community compositions of the samples.（A: 优势细菌门类的相对丰度 B: 优势细菌群落在属水平上的相对丰度，图中列出丰度在群落中超过1%的并且已知分类信息的属）（A, relative abundance of the dominant bacterial phyla；B, relative abundance of the dominant bacterialclades at genus level, and the family aboundance more than 1% in the community）

细菌类群,热图,丰度,伴生菌

暨南大学博士学位论文根据3种微藻藻际伴生菌类群中丰度最高的 30个属在6个样品间的相对分布绘制物种热图（Heatmap）（图 4.2）。Heatmap 是以颜色梯度来代表数据矩阵中数值的大小并能根据物种丰度信息或物种丰度相似性进行聚类的一种图形展示方式。聚类结果加上样品的处理分组信息，可以直观地通过颜色梯度及相似程度观察到 3 种微藻在光暗条件下的聚类情况，反应 6 个样品间群落组成的相似性和差异。假单胞菌属、紫杆菌属、Sphingopyxis sp.和黄杆菌属在 6 个样品中为主要菌属，光照条件下的四尾栅藻（SW-L）与暗条件下的四尾栅藻（SW-D）的藻际伴生菌群落结构较为相似；针形纤维藻在暗条件下的藻际伴生菌群落结构（ZL-D）与小球藻在暗条件下的（XQ-D）群落结构较为相近。

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