水稻土中多氯联苯微生物厌氧脱氯机制研究
发布时间：2020-10-09 20:03
多氯联苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)具有高毒性、环境持久性和长距离迁移特性,并且可在生物体内富集和放大,对生态环境安全与人体健康存在极大的威胁。厌氧环境中的还原脱氯途径是实现PCBs彻底去除的关键所在,然而脱氯微生物所需的营养条件苛刻,厌氧反应历时漫长。长久以来,寻找能够加速PCBs生物脱氯反应的有效方法是PCBs污染环境修复研究的重要方向。本研究选择浙江省台州市典型电子电器废弃物拆解区土壤为研究对象,该地区由于长期不规范作业,已经造成表层土壤普遍而严重的PCBs污染。基于农田土壤调查结果,通过实验室模拟稻田与旱地不同水分条件,考察土壤中PCBs的自然消减特征；同时模拟旱湿轮作系统,研究水稻土淹水-落干交替环境中PCBs厌氧脱氯-好氧降解过程的耦合；后在水稻土微宇宙培养物中,将电子受体替换为PCE以达到快速富集高效PCBs脱氯菌的目的；针对培养得到的具有PCE与PCBs双重脱氯能力的厌氧微生物,考察PCE作为可替代性底物能否有效加快脱氯菌利用PCBs的速率。研究结果如下：1)对某典型污染地区的野外调查研究显示,水稻土中PCBs的残留量显著低于旱地土壤,高氯代同系物在水稻土中的低残留特征尤为明显。2)模拟水田或旱地研究中,比较实际污染土中老化态PCBs在土壤落干与淹水不同条件下的降解转化情况。同时向无污染土壤中添加PCB31和PCB153,分别观察低、高氯代同系物在不同土壤水分条件下的降解特征。结果发现旱地或休耕稻田环境有利于低氯代PCBs同系物好氧降解活动的发生,而淹水稻田生境则有利于PCBs厌氧生物脱氯反应的进行。3)模拟水田旱湿轮作研究中,土壤在水分条件与水稻根系分泌物的共同影响下形成了PCBs厌氧-好氧自然消减的微域。在水土界面、根际深层和非根际深层这些具有不同氧化还原特征的区域中,高／低氯代PCBs同系物存在不同的降解规律。其中根际深层土壤环境显示出加速生物脱氯的优势,该微域内PCBs消减总量显著高于其它区域,且脱氯反应启动时间较其它微域提早近60天。4)在水稻各生长时期和淹水-落干交替过程中,水稻土氧化还原微域内出现厌氧-好氧微生物种群的演替。土壤微生物数量、活性和种群多样性均受到土壤氧化还原条件与水稻根际效应的显著影响,其中革兰氏阳性菌生物量与根际微域中的PCBs脱氯反应活性显著相关,水稻根系分泌物能够有效缓解根际微域中PCBs脱氯微生物群落所面临的营养胁迫,促进PCBs的自然消减。5)以水稻土为富集源得到的培养物可将Aroclor1260中的高氯代PCBs大范围脱氯,培养120天后,六、七氯代同系物被大量转化为四氯代产物,每个联苯环上平均取代的氯原子数由6.48降至4.53。6)利用分子技术鉴定水稻土培养物中的关键微生物,可确定专性脱氯呼吸菌Dehalococcoides mccartyi为群落中的优势菌群,并与四氯乙烯(Perchloroethene, PCE)和PCBs脱氯反应活性显著相关。经系统发育分析知,水稻土培养物中的Dehalococcoides mccartyi sp. PS与D. mccartyi sp. VS和CG1的16S rRNA基因序列相似度均达到99%。D. mccartyi sp. PS携带PCBs脱氯酶pcbA1基因,底物PCE与PCBs均能诱导其表达水平上调,推测PcbA1在脱氯反应中起关键催化作用。7)对于含有多功能脱氯酶的Dehalococcoides mccartyi细菌,PCE作为可替代性电子受体可加速其PCBs脱氯反应速率,然而促进作用仅在特定条件下才能发生。从PCBs脱氯活动发生的生境需求与PCBs强疏水性所致的低脱氯菌生物量这两大反应限制性因素入手,本研究深入考察水稻土淹水-落干交替环境中PCBs加速自然消减特征和微生物降解机制；同时利用“可替代性呼吸底物”PCE加速PCBs生物脱氯,这些研究结果可为揭示自然环境中多氯联苯的消减机制提供理论支持,并对PCBs厌氧生物修复技术的成功施用具有重要的现实指导意义。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X53
【部分图文】：
１．３．３有机面化合妨的化生妨呼吸祝制逡逑由ＯＨＲＢ催化的一类还原脱由反应会生成由离子，其本质为氯化裂解反应逡逑（图１－５），巧面原子被氯原子巧取代，同时释放出由离子。该氨解作用在烧炫逡逑和芳香Y甑耐衙娣从χ芯茫字な担ǎ樱恚耄椋簦幔睿洌洌澹郑铮螅玻埃埃矗Ａ硪焕喾从ξ⑺义厦嫦⒒疲赐比コ纱誝昊衔镏邢嗔谔忌先〈牧礁雎仍樱乖义咸继嫉ゼ纬伤ǎ停铮瑁铄澹幔睿溴澹耍澹睿睿澹洌澹保梗梗玻ｅ义希玻靛义
本文编号：2834136
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X53
【部分图文】：
１．３．３有机面化合妨的化生妨呼吸祝制逡逑由ＯＨＲＢ催化的一类还原脱由反应会生成由离子，其本质为氯化裂解反应逡逑（图１－５），巧面原子被氯原子巧取代，同时释放出由离子。该氨解作用在烧炫逡逑和芳香Y甑耐衙娣从χ芯茫字な担ǎ樱恚耄椋簦幔睿洌洌澹郑铮螅玻埃埃矗Ａ硪焕喾从ξ⑺义厦嫦⒒疲赐比コ纱誝昊衔镏邢嗔谔忌先〈牧礁雎仍樱乖义咸继嫉ゼ纬伤ǎ停铮瑁铄澹幔睿溴澹耍澹睿睿澹洌澹保梗梗玻ｅ义希玻靛义
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