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多环芳烃是一类含有至少两个苯环结构的有机污染物,这类物质有很强的致畸、致癌和致突变性。苯并[a]芘是一种由5个苯环组成的多环芳烃,性质稳定,在水中的溶解度极低,美国环保局在20世纪80年代初把苯并[a]芘确定为环境中的优先污染物。相比于其它技术,生物法被认为是最经济、二次污染最小的治理多环芳烃的方法。本研究的目的在于从自然环境中筛选、分离出苯并[a]芘高效降解菌,通过各种分析手段,揭示其降解特性,为实际环境中的多环芳烃污染治理提供理论和技术支持。
本研究发明了一种新的方法,用于富集苯并[a]芘耐受菌株。该方法使用多孔介质脱脂棉作为载体,从连续流动的流体-下水道污水中,利用介质截留法、富集培养法及错流技术等理论,为富集目标微生物提供了最佳条件。以苯并[a]芘为唯一碳源和能源,从下水道沉积物、烧烤场地土壤、菜园土、实验室供试菌株中分离、筛选出38株苯并[a]芘耐受菌株,根据对各菌在培养基中的生长状况及苯并[a]芘降解情况的检测,挑选出两株具有代表性的高效降解菌作为重点研究对象,分别为Acinetobacter sp.Bap30和Bacillus pumilux Bap9,摇瓶试验表明,菌株Bap30和Bap9能在20天内将40 mg/L的苯并[a]芘降解28.7%和27.3%。
不同培养条件下菌株降解特性的研究发现:两株菌在pH值为6.0~9.0的条件下均能生长并能降解苯并[a]芘,菌株Acinetobacter sp.Bap30降解的最适条件为:pn值为6.0,接种量为5%,装液量为5 mL/50 mL;菌株Bacillus pumilus Bap9降解的最适条件为:pH值为8.0,接种量为5%,装液量为5 mL/50 mL。
添加不同的外加碳源,研究菌株的降解特性,结果表明,蔗糖、葡萄糖、麦芽糖和醋酸钠均能促进两株菌生长,但对菌株降解苯并[a]芘能力的影响,与细菌种类和碳源浓度有关。苯并[a]芘初始浓度为40 mg/L时,添加的蔗糖浓度为10~100 mg/L,可以提高菌株Bap30的降解能力,但500 mg/L的蔗糖会干扰菌株对苯并[a]芘的降解;添加浓度为10~40 mg/L的醋酸钠,可以提高菌株Bap9的降解能力,过量的醋酸钠会抑制菌株Bap9对苯并[a]芘的降解,可溶性淀粉对两株菌降解和生长的影响均不明显。
添加低分子量PAH菲作为共代谢底物,研究菌株对苯并[a]芘和菲的共代谢作用,结果表明,在适量浓度范围内(20~40 mg/L),菲的存在能将Bap30和Bap9的降解率提高9.4~20.2%和15.2~26.4%,但过高浓度(60~100 mg/L)的菲反而会抑制菌株对苯并[a]芘的降解作用。在菲和苯并[a]芘的混合降解体系中,在菌株Bap30和Bap9的作用下,12天后培养液中菲的浓度未检出。菲对菌株降解的促进作用大于相同浓度的蔗糖或醋酸钠,苯并[a]芘在20天内被降解了48.9%和53.7%。
非离子型表面活性剂Triton X-100(TX-100)和Tween80(TW80)对苯并[a]芘均有良好的增溶效果,当其浓度为2000 mg/L时,能分别将苯并[a]芘的溶解度提高26倍和19.5倍,两者均能被菌株利用为碳源和能源,TX-100的促增殖能力更强。TX-100的浓度越高,菌株的生物量越大,苯并[a]芘在水相中的溶解度越高不同浓度的TX-100对菌株降解苯并[a]芘的影响各异,添加一定剂量(500~1000 mg/L)的TX-100能明显提高菌株对苯并[a]芘的降解率,但高浓度(2000 mg/L)的IX-100对菌株苯并[a]芘有一定的抑制作用。在菌株Bap30和Bap9降解苯并[a]芘的过程中,TX-100也能被降解,不产生二次污染,因此,添加TX-100加强苯并[a]芘污染环境的生物修复是一条有效可行的途径。