苯并[a]芘厌氧降解菌群的富集及其降解效能研究

作     者：易倩文 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李江

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：苯并[a]芘 厌氧污泥 厌氧降解菌群 降解产物 微生物群落结构 

摘      要：多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarobons,PAHs）是一类毒性强、结构稳定并在自然环境中广泛存在的持久性污染物。苯并[a]芘（Benzo[a]pyrene,Ba P）作为高环多环芳烃的典型代表,由于其复杂的化学结构和毒性强等特性,难以被微生物降解。目前,关于好氧苯并[a]芘降解功能微生物报道较多,但针对厌氧条件下苯并[a]芘降解微生物的研究仍关注不足,且其降解特征及降解路径也不明确。因此,探明苯并[a]芘厌氧降解的微生物组成和降解特征是十分有必要的。本研究以苯并[a]芘作为唯一碳源,从不同厌氧环境中驯化富集获得苯并[a]芘厌氧降解菌群,获取降解效果最佳的优势菌群;以获取的优势菌群为基础,考察外界环境因素对菌群降解能力的影响,明确苯并[a]芘降解菌群的降解性能,通过气质联用色谱仪分析苯并[a]芘降解的中间代谢产物,阐明厌氧条件下苯并[a]芘的微生物降解途径。最后,对受污染厌氧污泥进行生物刺激、生物强化和自然衰减修复,关注降解过程中关键因子的变化规律并采用宏基因组测序技术分析微生物的变化趋势,为多环芳烃污染的微生物修复技术提供理论基础。主要研究结果如下:（1）成功从厌氧污泥、污泥-秸秆联合厌氧污泥、联合厌氧污泥和焦化废水混合环境三个厌氧环境中筛选出9个厌氧降解菌群,其中从污泥-秸秆联合厌氧污泥中培养出的YQ-Ba P菌群降解效果最佳,14天内对30 mg/L苯并[a]芘的降解率稳定在38.69±6.24%;YQ-Ba P菌群中94.49%的细菌归属于变形菌门（Proteobacteria）,优势菌属是假单胞菌属（Pseudomonas）和Methyloversatilis并发现新的可能参加多环芳烃代谢的属Quisquiliibacterium和间孢囊菌属（Intrasporangium）。该菌群除了能降解苯并[a]芘之外还可降解菲和芘。（2）YQ-Ba P菌群对p H、温度和底物浓度有较宽的耐受范围,在中性环境和35℃～40℃区间内对苯并[a]芘的降解效果最佳;当苯并[a]芘浓度为20 mg/L时,培养14天后降解率达到46.89%。添加碳酸氢盐作为电子受体,使得在第14天后对苯并[a]芘的降解率比对照组提高了6.05%。Fe和Cu对菌群降解苯并[a]芘起到促进作用,而Cd、Zn和Pb则呈现出抑制作用。通过气质联用色谱仪确定了YQ-Ba P菌群降解苯并[a]芘的过程中的中间代谢产物并推出以下降解途径:苯并[a]芘通过初始还原反应使苯环断裂形成菲或蒽,菲进一步降解为萘;后者随后遵循萘的降解途径。蒽在一系列反应形成9,10-蒽醌和9,10-二氢蒽。（3）生物刺激组对厌氧污泥中多环芳烃的降解率最高,在培养28天后降解率可达到39.50%;在培养初期（第7天）生物强化组比自然衰减组的多环芳烃降解率提高了13.46%。菌群的添加对厌氧污泥中5环多环芳烃具有明显降解效果。各个实验组的p H和ORP无差别,均产生甲烷且生物强化组的产量最高（13.17 m L）。碳酸氢盐的添加会提高种群的丰富度,但随着培养时间的增长,生物强化、生物刺激和自然衰减三组实验组的微生物多样性均下降。添加菌群后,优势菌门由绿弯菌门（Chloroflexi）变成Proteobacteria,三组实验组之间均检测到具有统计学差异的菌属,其中自然衰减组差异性菌属数量最少。