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在人工合成有机化合物中,芳香烃及其卤素取代化合物占据重要地位。虽然部分芳香骨架类持久性有机污染物随着毒性被人类认知而限制了使用,但是更多此类新化学物质被不断合成。在服务人类的同时如何有效的降解或消除其生态威胁已经成为困扰人类的长久课题。微生物对芳香类化合物的降解已经被广泛认同为最优势最具前景的污染治理和生态修复技术之一。在微生物污染治理应用技术中,发掘和利用功能菌种资源无疑是最基础也是最重要的一环。针对国际上多溴联苯醚降解菌株严重缺乏,在印染废水处理中广谱脱色功能微生物资源不足等现状,本论文从微生物资源角度出发开展功能菌种的富集、筛选和降解机理的基础研究,并取得了以下成果:
(1)通过富集筛选,获得三株对十溴联苯醚高效有氧降解功能菌株Lysinibacillus fusiformbs DB-1、Bacillus subtilis DB-2、Acinetobacter calcoaceticusDB-3。
(2)通过富集筛选,获得一株对蒽醌、偶氮和三苯基甲烷三大类染料都能高效脱色的功能菌株Bacillus subtilis DC-11。
(3)从影响菌株生理的pH、温度、碳源、氧气需求等重要参数入手,开展了菌株DB-1、DB-2、DB-3十溴联苯醚降解性能的研究。利用HPLC和GC-MS等分析方法对DB-1降解产物进行分析,验证该菌株对十溴联苯醚执行有氧途径降解。
(4)从废水处理工程实际应用需求的角度,选择影响菌株脱色生理的相关重要参数,开展了DC-11降解三类染料性能的比较研究。通过DC-11对三类染料的降解代谢产物分析、降解功能的活性在细胞组分中的定位、降解辅酶利用等研究,初步阐明DC-11对三类染料降解的原理。
(5)选择细菌回复突变遗传毒性实验和蚕豆根尖微核细胞毒性实验,分别进行了DB-1和DC-11菌株降解人工合成芳香骨架化合物代谢产物的毒性研究。结果显示十溴联苯醚及其DB-1的降解产物没有明显的遗传和细胞毒性。而孔雀石绿及其降解产物都表现一定的毒性。
(6)针对我国多溴联苯醚污染区具有多溴联苯醚和重金属复合污染的现状,从功能菌株DB-1的污染治理和生态修复应用角度出发,开展了DB-1对重金属的耐受性研究,结果显示DB-1具有对选择的五种重金属具有普遍耐受性。
本论文的科学和实践意义(1)细菌生理学的学科发展意义:十溴联苯醚有氧降解途径菌种资源DB-1、DB-2、DB-3的发现,为这一类污染物有氧降解机理研究提供宝贵的素材。同时由于十溴联苯醚环境安全一直是颇具争议话题,因此从十溴联苯醚重度污染环境中分离出多株十溴联苯醚有氧降解土著微生物这一现象将有助于十溴联苯醚环境安全引入有氧环境的安全思考。(2)重要的环境学意义:高功能十溴联苯醚有氧降解菌种资源DB-1、DB-2、DB-3和广谱脱色功能的DC-11的发掘对利用这些菌种资源开展相关的污染环境治理和生态修复具有重要的现实意义。