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对硝基苯酚及其异构体是一类重要而广泛应用于农业、化工、军事、医药和染料等领域的有机化合物,在其生产、运输、使用过程中,被释放到环境中而造成对环境的污染。对硝基苯酚有三个同分异构体,分别是对硝基苯酚(p—nitrophcnol,PNP)、间硝基苯酚(m—nitrophenol,MNP)和邻硝基苯酚(o—nitrophenol,ONP)。这类化合物因具有细胞毒作用、突变作用和可能引起致癌作用,而被列入优先控制污染物之内。进入自然环境中的有机污染物,通过多种方式被分解,包括水解、光解、氧化、还原和生物降解。其中微生物转化是自然环境中硝基苯酚矿化的主要方式。
本研究经富集培养从红树林湿地底泥里分离纯化得到四株好氧细菌N21、N15、N43和NS21,经16S rRNA基因序列分析鉴定,分别是Rhodococcus koreensis N21(红球菌)、Rhodococcus sp.N15(红球菌)、Achromobacter xylosoxidans N43(木糖氧化产碱菌)和Achromobacter xylosoxidans NS21(木糖氧化产碱菌),并对其降解硝基苯酚的特性和相关的生化途径进行了详细的研究。试验结果得到:单一纯菌株不能完全降解PNP、ONP和MNP,只能转化PNP、ONP和MNP其中的一种或2种化合物,而4株中2种或3种或4种组成的混合菌可以完全转化PNP、ONP和MNP生成CO2和H2O。由Rhodococcus sp.N15和R.koreensis N21组成的混合菌能将2.1 mM的PNP在6 d内矿化成CO2和H2O。R.koreensis N21只利用PNP作为唯一碳源、能源和氮源生长,并可完全降解PNP生成CO2和H2O,不能利用MNP和ONP作为唯一碳源、能源和氮源进行生长;Rhodococcus sp.N15和A.xylosoxidans NS21可利用PNP和ONP作为唯一碳源、能源和氮源生长,并将它们完全分解为CO2和H2O,但不可利用MNP为唯一碳源、能源和氮源生长;A.xylosoxidans N43能够利用PNP和MNP作为唯一碳源、能源和氮源生长,并将它们完全矿化为CO2和H2O,但不能利用ONP作为唯一碳源、能源和氮源进行生长。R.koreensis N21、Rhodococcus sp.N15、A. xylosoxidans N43和A.xylosoxidans NS21降解PNP、ONP和MNP的最适pH值为7.0-9.0,最适盐度小于10‰,不同的菌株对这三种硝基苯酚的耐受浓度不同,降解速率也存在差异。A.xylosoxidans NS21在降解ONP和PNP组成的混合底物时,其降解混合底物中ONP和PNP的速率比降解单一底物ONP和PNP的降解速率降低,并且该菌优先利用PNP进行生长。R.koreensis N21、Rhodococcus sp.N15、A.xylosoxidans N43和A.xylosoxidans NS21降解PNP时,根据UV-光谱、HPLC和GC/MS鉴定主要的中间产物是4-硝基儿茶酚和1,2,4-苯三酚,其相应的生化降解途径分别为:PNP→4-NC→1,2,4—苯三酚→CO2+H2O。A。xylosoxidans N43在转化MNP时,UV-光谱和HPLC检测到至少2个中间产物,而A.xylosoxidans NS21在降解ONP的过程中,UV-光谱、HPLC和GC/MS检测和鉴定到2个主要的降解中间产物。