多环芳烃是由两个或两个以上芳香环所组成的化合物,是来自于自然和人类活动的普遍存在的化学物质。土壤中的高环芳香烃造成了严重的环境问题,因为它们的持久性与基因毒性随着分子量的增加而增大。很少有微生物能从土壤中被分离出来并生长于含高环芳香烃的纯培养中。芘是一种四环多环芳烃并广泛存在于液相环境中,占污染地区中多环芳烃总量的大部分。由于其相对简单的氧化作用,并且与几种致癌多环芳烃有结构相似性,芘已经被当做典型化合物来研究高分子量多环芳烃的生物降解机理。芘在环境中的降解主要是依靠微生物过程,近年来,人们对多环芳烃生物修复中生物过程利用率的研究已显著增加。然而,由于对微生物的低生物利用度,芘的生物降解比低分子量多环芳烃困难很多。为了解决这个问题,表面活性剂被引入到了高环芳香烃的生物修复之中。据报道,表面活性剂能对介质中的污染物起到增溶作用,从而提高它们的生物利用度。尽管有些表面活性剂在多环芳烃的生物降解过程中表现出了消极作用,但一些无毒或低毒的非离子型表面活性剂已被用来加强多环芳烃的生物降解。使用表面活性剂看起来是提高高环芳香烃生物利用性的有效手段,但纯培养中多环芳烃的生物降解与表面活性剂的关系还不甚清楚,同时也限制了它们在生物修复中的应用。由此可见,研究非离子表面活性剂对多环芳烃生物降解的影响不仅对了解生物降解过程非常重要,而且对生物修复中合适的表面活性剂的选择也很有用。本文的主要目的就是研究芘对枯草芽孢杆菌(B. subtilis)和多环芳烃降解菌伯克氏菌(B. cepacia J6)的毒性,并研究非离子表面活性剂吐温80对芘生物降解的影响。本研究中,微量热法被成功应用于研究芘的毒性以及吐温80对生物降解的影响。量热曲线和量热参数(生长速率k,半抑制浓度IC50,总放热量QT)都被测定。这些热动力学参数是反应生物活性变化的较好指标,并与生物量和酶分析数据相一致。当芘浓度分别达到200、400及1600μg mL-1的时候,枯草芽孢杆菌、伯克氏菌与添加了500mg L-1吐温80的伯克氏菌的生长完全被抑制。伯克氏菌比枯草芽孢杆菌具有更强的芘耐受性,显示出其在芘的生物降解中的重要潜能。吐温80通过提高芘的生物利用性,显著增进了生物降解过程并有助于伯克氏菌的存活。但是当芘初始浓度一定时,芘的生物可降解性随着吐温80浓度的升高而降低。例如,当吐温80初始浓度为500mg L-1时,将近50%的芘被降解了；相反,当吐温80初始浓度增加到1000mg L-1时,不到35%的芘可被降解。尽管芘的生物可降解性随吐温80浓度的升高而降低了,但芘的生物降解量却比不添加吐温80时增大了许多,这是因为吐温80能增加芘的液相溶解度和生物利用性。酶分析数据表明,吐温80增加了伯克氏菌体内邻苯二酚2,3-双加氧酶的表达量和活性,但是这种促进作用会随着吐温80的增加而降低,这些也和芘生物降解的结果一致。因为吐温80增加了培养基中芘的溶解性和生物降解,所以相对高的中间代谢产物积累及其利用率可能导致了相对高的酶表达量和活性。吐温80对芘的生物利用率及生物降解的增强作用,显示出其应用于多环芳烃生物修复中的潜力。