四溴双酚A和铜对反硝化细菌的影响及机理

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四溴双酚A(Tetrabromobisphenol A,TBBPA)因具有阻燃效果好、制造工艺简单、适用面广等优点而作为最常见的溴化阻燃剂被广泛使用。TBBPA具有持有性、长距离迁移能力、生物富集性和生物毒性等特点。在电子垃圾拆解过程中TBBPA和电路板中重金属如铜可能会泄露进入环境并在土壤和沉积物中蓄积。土壤和沉积物是反硝化的重要场所,蓄积其中的TBBPA和铜可能会通过影响反硝化微生物的正常生理活动和功能来影响地球氮循环过程。但目前关于TBBPA和铜对反硝化微生物的联合作用鲜有报道。本文以反硝化模式微生物脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)作为研究对象,考察了不同浓度TBBPA以及TBBPA和铜联合作用对反硝化菌的影响,并对其机理进行了研究。
  1.本文首先考察了TBBPA对脱氮副球菌的影响及机理。研究结果表明,高浓度TBBPA(≥0.50mg/L)可显著抑制脱氮副球菌反硝化过程,0.50mg/L TBBPA使TN去除率从空白组的99.8%下降到56.8%,并导致反硝化中间产物亚硝酸盐和一氧化二氮大量积累(体系内亚硝酸盐转化率从总氮消减量的0.04%(空白组)增加到53.2%,一氧化二氮积累量提升了154倍)。机理研究表明,0.5mg/L TBBPA使细菌胞内活性自由基含量显著上调并攻击细胞膜使细胞膜丧失完整性,导致细菌增殖下降凋亡增加,细菌生物量下降39%;TBBPA可以引起编码六磷酸葡萄糖异构酶、丙酮酸脱氢酶的基因表达量出现下调,糖酵解关键酶(己糖激酶HK、磷酸果糖激酶PFK和丙酮酸激酶PK)活性降低,使细菌葡萄糖代谢能力下降,引起胞内NADH含量下降,最终对反硝化过程产生影响。
  2.铜的加入增强了TBBPA对反硝化菌的毒性,细菌的反硝化功能受到更强的抑制(与0.75mg/L TBBPA组相比,0.05mg/L铜的加入导致其硝酸盐平均还原速率下降了68.3%)。TBBPA和铜可降低反硝化菌胞内毒素抗毒素系统稳定性,造成细菌程序性死亡;电镜照片显示,联合作用与TBBPA单独作用相比,细菌细胞膜破损严重。联合作用可以引起细菌胞外聚合物显著增加,造成反硝化菌葡萄糖转运能力下降,使细菌从环境中摄取葡萄糖的能力减弱,最终影响细菌的生长和反硝化。
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