真菌对芘的降解作用及水溶性有机物的影响

发布时间：2020-08-31 21:48

　　多环芳烃(PAHs)含有两个或以上的闭合苯环,具有疏水性、生物累积性等特点,不易被降解,再加上土壤微小孔隙的截留,容易被土壤绑定、老化而长期停留在土壤中,使得PAHs污染控制与修复非常困难。由于微生物体对PAHs的吸附由分配作用主导,且吸附-解吸过程是可逆的,吸附在菌体上的PAHs可以解吸出来而发生降解,也可在菌体上直接发生降解作用,而水溶性有机物(DOM)、PAHs和降解菌的相互作用可以提高生物可及性。本论文以芘为PAHs的研究对象,以白腐真菌的常用菌株黄孢原毛平革菌Phanerochaete chrysosporium(PC菌)为降解真菌,研究了DOM对土壤吸附-解吸芘的影响,分析了DOM对菌丝生物吸附芘的作用机理,探讨了DOM对降解酶系产生过程的关系。分离并鉴定了其它芘降解真菌,对比PC菌,考察了降解土壤PAHs的效果。所获得的主要结论如下:(1)DOM对土壤吸附芘的影响:土壤的内源DOM抑制土壤对芘的吸附作用,因此去除内源DOM可促进土壤对芘的吸附;不同浓度的外源DOM对芘在土壤的吸附是促进还是抑制取决于DOM的临界值浓度,当小于DOM临界浓度值时,共吸附和累积吸附起主要影响,会促进土壤对芘的吸附;当大于临界值时,DOM对有机物增溶作用起主要影响,有利于土壤中芘解吸,提高移动性,抑制土壤对芘的吸附。不同分子量DOM对土壤吸附芘的影响不同,当DOM浓度大于临界值时,分子量越大吸附越多;不同来源的DOM对土壤吸附芘,来源于生猪粪的DOM比来源于蚯蚓粪的DOM更加能促进芘的溶解,即大分子量组分越多,对芘的增溶作用就越强;反之就越弱。(2)DOM对菌丝吸附芘的影响:增加DOM的用量,促进菌丝对芘的吸附;死菌丝比活菌丝吸附芘的能力更强。(3)DOM对菌丝吸附-降解芘的促进作用:通过对死菌丝、活菌丝的吸附、活菌丝的吸附-降解研究发现,死菌丝比活菌丝前期的生物吸附更强,但很容易解吸出来;活菌丝在降解酶的作用下,能彻底去除PAHs。添加DOM比未添加更能促使菌丝产酶,且加入量越多,测到酶活性的时间越早。当芘的解吸量略大于酶的降解量时,芘的浓度会保持一个较低的值;当芘的解吸量约等于酶的降解量时,则芘浓度会出现很低的接近于0的值。DOM中的大分子组分有增溶作用,有利于PAHs的解吸,增加PAHs的生物可及性;小分子组分的DOM可作为电子供体的有机碳源被氧化分解,为PC菌的生长提供碳源和能源,是较理想的共代谢底物,致使PC菌菌丝生物量增大,生物吸附量也相应增大,在高C/N和共存PAHs时又诱导了降解酶的产生,通过生物吸附减少了PAHs和降解酶之间的距离,增大了生物可及性,促进生物降解。(4)DOM对土壤-菌丝吸附/降解芘的促进作用:大分子量DOM能增加土壤和菌丝对PAHs的解吸,加大溶解态PAHs,从而增加了PAHs的生物可及性;而中分子量DOM能促进土壤颗粒的吸附,缩短了降解酶与PAHs之间的距离,增加了PAHs的生物可及性;而小分子量DOM则很容易被菌丝以能源的形式利用而增大菌丝量,从而增大生物吸附,而生物吸附有利于生物降解。(5)C/N与菌丝分泌降解酶:通过对培养过程中的C/N监测,发现:菌丝干重的增长与酶活性、氮浓度都呈正相关;且酶活性越高,菌丝干重增长至最大值越快;氮浓度越高,菌丝球老化变黄的时间也越早。培养过程中酶活性的分泌与氮浓度和C/N相关,木质素过氧化物酶(Li P)和锰过氧化物酶(Mn P)的分泌有特定的阈值,此阈值不但要求培养基中有极低的氮浓度,还要求有特定的C/N,也就是说极低的氮浓度和特定的C/N是酶产生的不可缺少的条件;氮限制和氧限制导致多糖的产生,过量产生的多糖抑制酶活性。(6)芘降解菌种的影响:从采自广东清远以猪粪为原材料生产的蚯蚓粪中,经过一定时间的多环芳烃富集培养后,采用升华法成功筛选到3株芘降解菌H1、H2、H3,通过平板观察、显微观察和分子鉴定结果,发现:H1、H2、H3的培养特征及显微形态特征分别与烟曲霉(Asperqillus fumigatus)、棘孢木霉(Trichoderma asperellum)、卷枝毛霉菌(Mucor circinelloides)最相似。以约5 mg/L的初始芘浓度检测其降解率,以不加菌为空白对照,H1、H2、H3对芘的降解率最大分别达到75.63、81.82、95.98%,H2、H3培养30天分别比PC菌的降解率高了8.49%、22.65%。
【学位单位】：华南农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X172
【部分图文】：

结构图,腐殖酸,结构图

对 PAHs 的影响作用，进一步研究大分子量的 DOM 对 PAHs 的结合增溶机制，定时监测过氧化物酶（LiP）、锰过氧化物酶（MnP）的产生机制，深入研究代谢降解酶与 PAHs 之间的动态关系，重点分析降解真菌的碳、氮源利用规律和降解酶产生的途径与机制的相关性，深入分析在土壤-微生物界面上复杂的吸附/生物吸附及生物降解过程，探明 DOM 促进白腐真菌降解土壤 PAHs 的关键影响因素，为以多环芳烃为有机污染土壤的治理提供科学依据。1.2 研究背景1.2.1 水溶性有机物（DOM）的定义及其结构特征1.2.1.1 DOM 的定义与结构组成水溶性有机物（Dissolved Organic Matter），简称 DOM，泛指能够溶解于水、酸或碱溶液中的有机质，如天然水和土壤溶液中的有机质，能够用水、酸或碱等从土壤

三维模式,腐殖酸,灰色,黑色

图 1. 2 腐殖酸三维模式图（元素颜色：C =灰色，H =白色，O =黑色Fig 1. 2 Model 3D-structure of proposed HA monomer(element colour: C = gray, H = white, O = black)和有机肥中浸提的有机质（唐东民, 2008; Sun, 2016）。事实上，DOM 只是上的定义，具体指土壤与水体中由一系列大小、结构不同的分子组成，且能μm 滤膜的有机物的总称（McCarthy, 1989; Sun, 2016）。DOM 是由两部（Thurman, 1985）：（1）非均质憎水性的腐殖质，是 DOM 的主要组成部机质总量的 50%-80%（或 40%-60%（Leenheer, 1981）。通常根据在水中溶同，分为三部分（Thurman, 1985；Wershaw, 1993），①胡敏素（Humin）的组分；②胡敏酸（或者腐殖酸）（humic acid，HA）：碱性条件下溶解，= 1-2）的酸性条件下不溶于水的组分；③富里酸（或富啡酸）（fulvic ac在任何 pH 条件下都溶于水的组分。目前对腐殖酸结构的研究比较多，但是构模式也没有得到统一的认同，公认最好的结构模式是 Schulten 和 Schulte

机制,生物累积,凝絮,共代谢

附、络合、螫合、凝絮、氧化还原等一系列反应（H ss, 1998; Yongkoo, 2000; 凌婉婷2004），且 DOM 本身及代谢物对环境无任何毒副作用，是高环 PAHs 芘生物修复优良的共代谢底物。DOM 对微生物在土壤中降解 PAHs 的吸附-解吸、生物降解过程羧基、羟基、羰基和甲氧基等活性功能团，可以与介质中的 PAHs 发生离子交换、吸具有重要影响：一方面，大分子组分的 DOM 有增溶 PAHs 的作用（Dong, 2013），有利于 PAHs 的解吸，减少生物吸附中的生物累积量，增加 PAHs 的生物可及性；另一方面，小分子组分的 DOM 可作为电子供体的有机碳源被氧化分解为 PC 菌的生长提

【参考文献】