多环芳烃的微生物降解机制研究进展
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多环芳烃胁迫下农田土壤微生物特征及高效芘降解菌筛选的开题报告摘要:多环芳烃(PAHs)是一类常见的环境污染物,其对土壤微生物群落的生态效应已经引起广泛关注。
为研究PAHs污染对土壤微生物群落的影响,本研究将采集来自不同PAHs污染程度的农田土壤样品,并通过荧光定量PCR(qPCR)技术分析细菌和真菌的数量。
此外,利用高效液相色谱(HPLC)分析土壤中PAHs的含量,以评估PAHs 污染的程度。
最后,从土壤样品中分离筛选PAHs高效降解菌,并通过16S rRNA和ITS序列分析进行菌株鉴定。
介绍:PAHs是一类含有二环和以上苯环的化合物,广泛存在于人类生产和生活中。
因其毒性和持久性较高,PAHs常常是环境污染物中的主要成分。
PAHs对土壤生态系统具有很强的影响力,它们可以抑制土壤中微生物的生长和代谢,进而影响土壤肥力和植物生长发育。
因此,对PAHs污染的研究对土壤生态学和环境保护都有着重要的意义。
在本研究中,我们将采集来自不同PAHs污染程度的农田土壤样品,并使用荧光定量PCR技术分析细菌和真菌的数量。
荧光定量PCR技术是一种准确、快速、灵敏的方法,可以定量分析微生物中特定基因的数量。
通过此方法,我们可以比较分析PAHs 污染土壤和对照土壤中微生物数量的差异,进而评估PAHs污染对土壤微生物群落的影响。
此外,我们还将利用高效液相色谱(HPLC)分析土壤中PAHs的含量,以评估土壤PAHs污染的程度。
HPLC是一种高效、准确的方法,可以分离、检测、定量分析PAHs。
通过此方法,我们可以非常客观地了解PAHs污染的情况,从而指导我们的进一步研究。
最后,我们还将从PAHs污染土壤样品中分离筛选高效降解PAHs的菌株,并通过16S rRNA和ITS序列分析进行鉴定。
通过此项工作,我们可以了解PAHs降解菌的多样性和适应性,为后续的土壤修复和生物治理提供有力的支持。
结论:本研究将从PAHs污染的角度入手,研究土壤微生物群落数量和多样性的变化,评估PAHs污染对土壤生态系统的影响,并从细菌中筛选出高效降解PAHs的菌株,为日后的土壤修复提供有力支持。
多环芳烃、硝基苯等有机污染物去除技术的进展摘要:目前,污染时当今世界范围所面临的普遍问题。
特别是有机的污染是当今更严重的问题。
这篇文章主要介绍了多环芳烃和硝基苯类有机污染物去除技术的进展。
关键词:多环芳烃硝基苯去除技术一、多环芳烃类污染物的研究进展随着煤、石油在工业生产,交通运输以及生活中被广泛应用,多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)已成为世界各国共同关注的有机污染物。
多环芳烃不易溶于水,极易附着在固体颗粒上,所以一般来说,大气、土壤中的大多数多环芳烃处于吸附态。
多环芳烃类污染物分布很广,基本上在各种环境介质中都发现了PAH s。
因排废气、废水及废物倾倒,多环芳烃对水、大气及土壤产生直接污染。
吸附在烟气微粒上的多环芳烃随气流传向周围及更远处,又随降尘、降雨及降雪进入水体及土壤而土壤及地面多环芳烃通过扬尘再次进入大气,通过呼吸及食物链进入动物体产生毒害。
在土壤和沉积物环境中,大多数PAHs因较强的疏水性趋向于分配到土壤或沉积物颗粒上去,并与天然有机物发生相互作用,很少保留在水体当中。
当沉积物一旦遭到严重的污染,在与上覆水体发生相互频繁的交换作用时,被污染的沉积物环境还将成为水体再次污染的潜在来源,造成二次污染。
水环境中PAHs生物降解的程度要靠PAHs的溶解率的大小,正因为大多数PAHs易被吸附分配到土壤或沉积物颗粒上去,使之生物有效性降低而导致其生物降解率大大降低。
虽然被吸附于土壤、沉积物上的PAHs因生物有效性降低而减小对环境的毒害,但最终会通过各种因素再次释放到环境之中产生危害。
刘凌[12]在研究吸附作用对有机污染物的生物降解过程影响时,发现吸附在土壤颗粒内部的有机污染物,必须通过解吸和扩散过程传输到土壤颗粒外部的水溶液中,然后才能被微生物降解。
如果有机污染物的土壤-水吸附分配系数Kd越大,则它存在于土壤水溶液的重量百分比就越小,发生生物降解反应的可能性就越小。
白腐真菌对多环芳烃的生物吸附与生物降解及其修复作用
白腐真菌是一类广泛存在于自然环境中的生物,具有很强的生物吸附和生物降解多环芳烃(PAHs)的能力。
这些真菌能够分泌特殊的酶来降解多环芳烃,将其分解成较小的分子,进一步促进它们被微生物降解。
白腐真菌的生物吸附能力来源于其菌丝结构和表面特性。
菌丝能够扩展到环境中去寻找和吸附多环芳烃,同时菌丝表面的电荷性质可以吸附带有异相电荷的多环芳烃,从而将其固定在其菌丝上。
这种吸附作用可以减少多环芳烃在土壤中的迁移和扩散。
与生物吸附相比,白腐真菌的降解效果更为显著。
它们通过分泌多种酶,如混合酮酸氧化酶、过氧化物酶等,来迅速降解多环芳烃分子。
这些酶能够将多环芳烃氧化成相对较短的链状化合物,然后进一步分解为二氧化碳和水,实现多环芳烃的完全降解。
白腐真菌的降解能力对于多环芳烃的环境修复非常重要。
环境中的多环芳烃污染会对生态系统和人类健康造成严重危害,而使用白腐真菌进行修复可以有效地降低污染物的浓度和毒性。
这种修复方法相对较为经济和环保,是一种可行的治理方法。
总而言之,白腐真菌具有强大的生物吸附和生物降解多环芳烃的能力,可以通过降低污染物浓度和毒性来修复多环芳烃污染的环境。
它们的应用前景广阔,但在实践中仍需要进一步研究和优化。
多环芳烃的处理方法探究多环芳烃(PAHs)是一类含有两个以上芳环结构的有机化合物,其在自然界中广泛存在。
然而,由于其在生活污水、工业废水、大气排放以及固体废弃物中的不当释放和积累,多环芳烃污染已成为全球环境面临的严峻问题。
因此,为了保护环境和人类健康,有必要深入探究多环芳烃的处理方法。
一、物理方法1.吸附技术:包括活性炭吸附、有机膜吸附、吸附树脂等。
这些材料能有效地吸附多环芳烃分子,并将其从水或空气中去除。
吸附后的材料可以通过热解、溶解或其他方式进行再生和处理。
2.分离技术:采用分离技术可以将多环芳烃与其他物质分离,比如采用蒸馏、萃取、摄谱等方法。
二、化学方法1.氧化降解:通过氧化剂如臭氧、高价铁离子等,氧化降解多环芳烃。
这种方法可以在水和土壤中有效地降解多环芳烃,并转化为无毒的产物。
2.光催化降解:通过紫外光和半导体催化剂,促进多环芳烃的光催化降解。
这种方法可以在自然光的照射下进行,无需额外投入能量,具有较好的应用前景。
3.高温热解:通过高温(600-900℃)和缺氧气氛,将多环芳烃分解为较简单的无机化合物。
这是一种有效的处理方法,可以在焚烧设施中进行。
4.生物降解:利用微生物的代谢活性降解多环芳烃。
这种方法可以通过采用不同的细菌、真菌或微生物群来实现。
三、生物修复方法1.鉴定和筛选高效降解菌株:通过从污染土壤或水体中分离出具有高降解能力的微生物菌株,进一步进行鉴定和筛选,得到高效降解菌株。
2.引进外源微生物:根据降解菌株的鉴定结果,在污染区域引入具有高降解能力的外源微生物。
通过优化环境条件和微生物数量,促进降解菌株的生长和微生物降解活性,从而实现多环芳烃的生物修复。
综上所述,处理多环芳烃污染的方法很多,包括物理方法、化学方法和生物修复方法。
在实际应用中,需要根据具体污染情况和环境要求来选择适合的处理方法。
同时,还需要加强多环芳烃的监测和风险评估工作,以制定合理的处理方案并避免二次污染的发生。
处理难生物降解cod的方法和原理
难生物降解的化学污染物(难生物降解污染物,简称为cod)包括多环芳烃(PAHs)、重金属、农药等,它们在水中以悬浮物或溶解物的形式存在,对水体生态环境和人类健康造成了极大的威胁。
以下是处理难生物降解cod的方法和原理: 1. 化学降解方法
化学降解方法是指使用化学试剂或化学物质将难生物降解的污染物转化为可生物降解的物质。
其中最常用的方法是氧化还原反应,例如将污染物与氧化剂或还原剂反应,生成二氧化碳、水或其他可生物降解的产物。
此外,还有生物氧化反应、生物吸附等化学降解方法。
2. 生物降解方法
生物降解方法是指利用微生物将难生物降解的污染物转化为可生物降解的物质。
其中最常用的方法是微生物的代谢途径,例如细菌、真菌和藻类等微生物可以分解有机物。
此外,还有生物合成、生物转化等生物降解方法。
3. 吸附降解方法
吸附降解方法是指利用吸附剂将难生物降解的污染物吸附在吸附剂上,从而达到降解污染物的目的。
常用的吸附剂包括活性炭、硅胶等。
此外,还有离子吸附、热解吸附等吸附降解方法。
4. 催化降解方法
催化降解方法是指使用催化剂将难生物降解的污染物转化为可生物降解的物质。
常用的催化剂包括贵金属催化剂、二氧化钛、氧化锌等。
此外,还有化学合成催化剂、生物催化剂等。
在处理难生物降解的污染物时,需要根据污染物的类型、大小、浓度等因素
选择适当的处理方法和原理。
同时,需要加强监管和法律法规的建设,保障处理过程的安全和有效性。
土壤多环芳烃污染根际修复研究进展许超,夏北成*中山大学环境科学与工程学院,广东广州510275摘要:多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是环境中普遍存在的具有代表性的一类重要持久性有机污染物,具“三致性”、难降解性,在土壤环境中不断积累,严重危害着土壤的生产和生态功能、农产品质量和人类健康。
修复土壤多环芳烃污染已成为研究的焦点。
根际修复是利用植物-微生物和根际环境降解有机污染物的复合生物修复技术,是目前最具潜力的土壤生物修复技术之一。
对国内外学者近年来在土壤多环芳烃污染根际修复的效果、根际修复机理和根际修复的影响因素方面的研究进展作了较系统的综述,并分别分析了单作体系、混作体系、多进程根际修复系统和接种植物生长促进菌根际修复系统对土壤多环芳烃的修复效果。
指出根际环境对PAHs的修复主要有3种机制:根系直接吸收和代谢PAHs;植物根系释放酶和分泌物去除PAHs,增加根际微生物数量,提高其活性,强化微生物群体降解PAHs。
并讨论了影响根际修复PAHs 的环境因素如植物、土壤类型、PAHs理化性质、菌根真菌以及表面活性剂等。
植物-表面活性剂结合的根际修复技术、PAHs 胁迫下根际的动态调节过程、运用分子生物学技术并结合植物根分泌物的特异性筛选高效修复植物以及植物富集的PAHs代谢产物进行跟踪与风险评价将成为未来研究的主流。
关键词:根际;多环芳烃(PAHs);根际修复;土壤中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2007)01-0216-07多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是环境中普遍存在的具有代表性的一类重要持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)。
大量研究已经证明,多环芳烃具有慢性毒性和致癌、致畸、致突变的“三致”作用,是环境中一类危险而需重点研究的、也是各国优先控制的污染物。
土壤中多环芳烃的提取与净化方法研究现状在现代化工和生物工艺中,多环芳烃(PAHs)是一种普遍存在的有机化合物。
土壤是PAHs的主要生境之一。
PAHs在环境中的存在是一种严重的环境污染。
因此,对其提取和净化方法的研究具有很高的重要性。
本文对土壤中PAHs的提取和净化方法的研究现状进行综述。
提取方法(1)超声波提取法超声波提取法是一种常用的土壤样品提取方法,它适用于PAHs的快速提取。
在超声波场的作用下,使土壤样品中PAHs分子中的化学键受到振动,从而提高PAHs的溶解度。
这种方法具有快速、高效、低成本和绿色环保的特点。
(2)气相萃取法气相萃取法(GC)是一种有机物的分离和检测方法。
其基本原理是将待分析的有机物搬移到另一相中。
通过GC分析系统,测定样品的PAHs含量。
该方法对于PAHs的分离、富集和检测速度快、精度高、灵敏度强。
但是,它不适用于PAHs含量低的土壤样品。
(3)超临界流体萃取法超临界流体萃取法(SFE)是一种绿色、高效、可重复使用的提取方法。
其原理是在超临界状态下,改变萃取剂中PAHs的溶解度,利用温度和压力的控制来提高PAHs的萃取效率。
这种方法适用于PAHs含量低的土壤样品,但萃取剂的选择和调节工艺对提取效率有重要影响。
净化方法(1)氧化法氧化法利用化学反应将有机污染物氧化成无害的化合物。
常用的氧化剂有过硫酸铵、过氧化物、臭氧等。
该方法具有高效、选择性好和可控性强的优点,但氧化剂的选择和使用条件会对净化效果产生重要影响。
(2)吸附法吸附法是利用吸附剂将有机污染物从土壤中分离出来。
常用吸附剂为活性炭、树脂、粘土矿物和纳米材料等。
吸附剂的选择和气相和液相条件对吸附效果有影响。
该方法适用于多组分混合的土壤样品。
(3)生物降解生物降解是利用微生物将有机污染物转化成无害物质。
利用单细胞生物或微生物群体可以降解PAHs。
生物降解法具有操作简单、成本低和环保等特点,但它的降解速率和效率取决于土壤环境、微生物群体、温度和pH等条件。
《微生物胞外聚合物在多环芳烃降解酶释放过程中的作用》一、引言多环芳烃(PAHs)是环境中的一类常见污染物,由于其具有较高的毒性、致癌性和生物累积性,对生态环境和人类健康构成严重威胁。
微生物在多环芳烃的降解过程中发挥着重要作用,而微生物胞外聚合物(EPS)则是多环芳烃降解酶的重要载体和调节器。
本文将详细探讨微生物胞外聚合物在多环芳烃降解酶释放过程中的作用。
二、微生物胞外聚合物概述微生物胞外聚合物(EPS)是微生物细胞分泌的一种高分子物质,主要由多糖、蛋白质、核酸等组成。
EPS在微生物生命活动中具有重要作用,如保护细胞免受环境影响、调节细胞间相互作用等。
在多环芳烃降解过程中,EPS作为酶的载体,可以保护酶的活性,同时调节酶的释放和转运。
三、多环芳烃降解酶的来源与性质多环芳烃降解酶主要由土壤中的微生物产生,具有高度专一性和催化活性。
这些酶能够通过特定的生化反应将多环芳烃分解为低毒性或无毒性的物质。
多环芳烃降解酶的种类繁多,性质各异,但它们都需要在适宜的环境条件下才能发挥最大的降解效果。
四、微生物胞外聚合物在多环芳烃降解酶释放过程中的作用(一)保护酶的活性EPS作为一种高分子物质,具有良好的稳定性和保护性。
在多环芳烃降解过程中,EPS可以包裹酶分子,防止其受到环境中的不利因素影响,如紫外线、氧化剂等。
同时,EPS还可以通过与酶分子的相互作用,稳定其空间结构,保持酶的活性。
(二)调节酶的释放EPS可以调节酶的释放过程。
在适宜的环境条件下,EPS能够通过其特殊的结构或化学性质,促使酶从微生物细胞中释放出来。
同时,EPS还可以通过与周围环境的相互作用,控制酶的扩散和转运速度,从而实现对多环芳烃降解过程的调控。
(三)促进微生物间的信息交流EPS还可以作为微生物间的信息交流媒介。
在多环芳烃降解过程中,不同种类的微生物可以通过EPS进行信息交流,分享资源和信息。
这有助于促进多环芳烃降解过程中的协同作用和效率。
五、结论微生物胞外聚合物在多环芳烃降解酶释放过程中起着至关重要的作用。
pahs生物降解机理
PAHs(多环芳烃)是一类常见的有机化合物,其在环境中的存在对生态系统和人类健康造成了不良影响。
为减少PAHs的污染,很多研究致力于寻找生物降解PAHs的机制。
PAHs生物降解的机理主要包括两个阶段,即初级降解和次生降解。
初级降解是指降解PAHs的微生物将其分解成较小的化合物,如酸、醇、酮、酯等。
次生降解是指这些小分子化合物再被细菌降解,最终转化为CO2和H2O。
初级降解的微生物主要包括细菌、真菌和放线菌。
这些微生物通过氧化、邻位或间位加成、加氧等反应途径,将PAHs分解成较小的化合物。
其中,氧化反应是最为常见的分解方式,可以通过加氧酶、过氧化物酶等酶类对PAHs进行氧化降解。
次生降解的微生物主要包括厌氧菌和好氧菌。
这些微生物通过厌氧降解和好氧降解两种方式将PAHs分解为CO2和H2O。
其中,厌氧菌需要在缺氧环境下进行生长代谢,而好氧菌则需要充足的氧气和适宜的温度、pH等环境条件。
总体而言,PAHs的生物降解机理是一个复杂的过程,需要多种微生物在不同的环境条件下相互配合完成降解过程。
这也为PAHs的生物降解提供了一定的研究难度和挑战。
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污染土壤中苯并(a)芘的微生物降解途径研究进展3臧淑艳1,2,3 李培军133 张 英3 王 娟3 许华夏1(1中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳110016;2沈阳化工学院,沈阳110142;3中国科学院研究生院,北京100039)摘 要 苯并(a)芘(BaP)是一种具有强致癌、致畸和致突变的多环芳烃(PAHs)。
为了修复Ba P 污染的土壤,探索其降解途径是很重要的。
为此,综述了国内外有关污染土壤中苯并(a )芘的微生物降解情况,对不同真菌、细菌降解苯并(a )芘的能力、代谢途径、共代谢底物以及环境影响因素进行了介绍和比较,提出了苯并(a)芘中间代谢产物的累积及其环境毒性方面的研究是修复苯并(a)芘污染土壤的重要方向。
关键词 苯并(a)芘,降解途径,共代谢,中间产物中图分类号 X 131 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2006)08-0978-05Resea rc h a dvances in micr obi a l metabolic pa thw ay of benzo [a ]pyr ene in conta mina ted soils.ZAN G Shuyan 1,2,3,L I Peijun 1,ZHAN G Y ing 2,WAN GJ uan 2,XU Huaxia 1(1I n stit ute of Applied Ecology,Chi 2nese Academy of Sciences ,S henyang 110016,China ;2S henyang Instit ute of Chemical Technology ,Shenya ng 110142,China ;3Gr adua te U niv ersity of Chi n ese Academy of Sciences ,Beijing 100039,Chi 2na).Chi n ese Jour na l of Ecology ,2006,25(8):978~982.Be nzo[a ]pyrene (Ba P )is one of t he polycyclic aromatic hydrocar b ons (PAHs )with carcinogenesis ,aberra nce and mutagenesis.To remedy BaP 2contaminated s oil ,it is of significance to study the microbial metabolic pat hway of BaP 2degradation.In this paper ,several factors aff ectin g the process of BaP 2biodegradation were introduced ,includ ing the degradation ability of different bacterium a nd f ungus ,metabolic pathway ,sub 2strates of co 2metabolism ,a nd env ironmental parameters.It was suggested that the accumulation and toxicity of BaP ’s intermediate metabolites in contaminated soils w ould be an im por ta nt aspect in the study of Ba P 2con 2taminated s oil remediation.K ey w or ds Benzo[a ]pyrene ,metabolic pathway ,co 2metabolism ,inter mediate metabolites.3国家重点基础研究发展划规项目(B 856)和国家重点基金资助项目(33)。
第31卷第2期技术与创新管理2010年3月TECHNOLOGYANDINNOVATIONMANAGEMENTV01.3lNo.2Mar.2010【技术与应用研究】多环芳烃在水中的分布状态及研究进展焦琳,端木合顺,程爱华(西安科技大学地环学院,陕西西安710054)摘要:多环芳烃是一类具有“三致”效应(致癌、致畸、致突变)的持久性有机污染物。
环境中的多环芳烃主要来源于碳氢化合物的不完全燃烧,并且广泛存在于各种余质中。
水是生命之源,在人类的生产生活中有着不可替代的作用,然而世界大部分地区的表层水都不同程度地受到多环芳烃的污染。
本文就多环芳烃的性质、来源、在水中的分布状态、危害、处理方法等进行了回顾和综述,并展望了我国多环芳烃研究的发展方向。
关键词:多环芳烃;分布;降解中图分类号:G644文献标识码:A文章编号:1672—7312(2010)02—0231—04TheDistributionofPolycyclicAromaticHydrocarbonsinWaterandTheProgressofitsResearchJIA0Lin,DUANMUHe.shun,CHENGAi-hua(CollegeofGeologyandEnvironment,施’anUniversity矿ScienceandTechnology,船’an710054,China)Abstract:Polycyclicaromatichydrocarbons(PAHs)arepersistentorganicpollutants,knownfortheirteratogenic,carci-nogeneticandmutageniceffect.Theyarederivedfromincompletecombustionofpyrolysisoforganicmaterialscontainingcarbonandhydrogenandexistintheenvironmentubiquitously.Wateristhesoul'.ceoflifeandindispensableinourlife.Researchresultsshowthatinlargeareasoftheworld.thesu/董acewaterispollutedbyPAHsinvaryingdegrees.Thepaperintroducesthesources,quality,harm,distribution,anddisposalmethodofPolycyclicAromaticHydrocarbonsinthewater,andputsforwardprospectsofthedevelopmentofPAHsresearchinOurCOUntlT.Keywords:polycyclicaromatichydrocarbons(PAHs);distribution;degradationl引言多环芳烃(PAHs,PolycyclicAromaticHydro-car-bons)是一类广泛存在于环境中的含有两个或两个以上苯环,以线状、角状或簇状排列的稠环型化合物,熔点和沸点较高,具有疏水性、蒸气压小,辛醇一水分配系数高,持久性强。
多环芳烃硝基多环芳烃羟基多环芳烃【摘要】本文介绍了多环芳烃、硝基多环芳烃和羟基多环芳烃的概要信息。
多环芳烃是一类环境中常见的有机污染物,来源广泛,分类繁多。
硝基多环芳烃因含有硝基基团而具有较高的毒性,并且对环境产生负面影响。
羟基多环芳烃是一种具有较强生物降解能力的物质,具有良好的环境友好性。
文章还探讨了多环芳烃在环境中的迁移和转化过程,以及其生物累积和毒性等问题。
对多环芳烃的环境风险评估、未来研究方向和环境保护措施进行了总结和展望,为更好地了解和应对多环芳烃在环境中的影响提供了参考。
【关键词】关键词:多环芳烃、硝基多环芳烃、羟基多环芳烃、来源、分类、毒性、环境影响、生物降解、迁移、转化、生物累积、环境风险评估、研究方向、环境保护措施。
1. 引言1.1 多环芳烃的概述多环芳烃是一类含有多个苯环结构的有机化合物,是一种常见的环境污染物。
它们通常来源于石油和煤焦油的燃烧排放物、煤矿、石油炼油、化学工业等过程中产生的废水和废气中。
多环芳烃的种类繁多,包括苯并(a)芘、苯并(b)芘、芴、荧蒽、菲等。
这些化合物大多具有挥发性和毒性,对环境和人类健康造成潜在危害。
多环芳烃在环境中的存在形式多样,可以以颗粒态、气态或溶解态存在。
它们具有较强的持久性和生物富集性,很难被自然环境降解和清除。
多环芳烃在土壤、水体和空气中的富集现象引起了人们的关注。
研究表明,多环芳烃是一类对生态系统和人类健康都具有潜在危害的环境污染物,需要引起足够重视并采取有效的控制措施。
多环芳烃的概述是一项重要的研究课题,需要对其来源、性质、毒性、环境行为等方面进行深入了解,以便有效地评估和管理其环境风险。
.1.2 硝基多环芳烃的介绍硝基多环芳烃是一类含有硝基基团的多环芳烃化合物。
硝基基团的加入增加了这些化合物的活性和毒性。
硝基多环芳烃通常是通过硝化反应得到的,这种反应通常发生在含有芳香环的化合物上。
硝基多环芳烃在工业生产和燃烧过程中广泛存在,是一种重要的环境污染物。
多环芳烃的处理方法探究摘要:本文介绍了多环芳烃检测技术的现状,包括分光光度法、反相高效液相色谱法、固相微萃取、超临界流体,介绍了多环芳烃降解技术的方法,最后总结了多环芳烃的污染现状,并对其发展前景进行了展望。
关键词:多环芳烃;灵敏度;降解Stdy on the processing method of polycyclic aromatichydrocarbonsAbstract:This paper introduces the Polycyclic aromatic hydrocarbons the present situation of detection technology,including spectrophotometry,reverse phase high performance liquid chromatography(HPLC)method,solid phase microextraction and supercritical fluid,this paper introduces the methods of polycyclic aromatic hydrocarbons degradation technology,finally summarizes the pollution status of polycyclic aromatic hydrocarbons,and its development prospect were also discussed.Key words:rate Polycyclic aromatic hydrocarbons;sensitivity;the degradation多环芳烃(PAHs)是煤,石油,木材,烟草,有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物,迄今已发现有400多种PAHs,其中有相当部分具有致癌性,占被发现致癌物质总数的三分之一。
第21卷第4期 2002年11月 台 湾 海 峡
JOURNAL OF 0aeAN0GRAPHY IN TAIWAN STRAIT VO1.21.No.4
Nov.,2002
若干新技术研究海洋多环芳烃生物降解的进展’ 陈双雅 ,郑天凌 ,胡 忠 (1.厦门大学生命科学学院应用与环境微生物研究所,福建厦门361005; 2.漳州师范学院,福建漳州363000)
摘要:综述了降解多环芳烃的海洋微生物种类及其降解途径的若干研究进展,介绍了 研究中所应用到的16SrDNA、PCR、DNA-DNA杂交、变性凝胶梯度电泳、转座子诱变 等分子生物学技术,分析了在海洋多环芳烃微生物降解研究中极具潜力的分子生物 学技术如流式细胞技术、发光酶基因标记技术、生物芯片技术的应用前景. 关键词:多环芳烃;生物降解;海洋;分子生物学技术 中图分类号:Q939.9 文献标识码:A 文章编号:1000—8160(2002)04—0504—12
多环芳烃(PAHs)是海洋环境中广泛分布的一类重要污染物,含有两个或两个以上融合芳 香环,呈线状、角状及簇状结构.它们主要由炼油厂、石化厂的废弃物通过地表径流、污水排放 及机动车不完全燃烧后的废气随大气颗粒的沉降进人海洋.由于其疏水性,因此在生态系统中 存在时间很长.多环芳烃的亲油性,在环境中的持久性,以及基因毒性均随着芳香环数的增加 而增加,其基因毒性主要表现在慢性致毒、致畸和致癌作用.正是由于多环芳烃对人类健康和 生态环境具有巨大的潜在危害,因此越来越受到各国科学家的重视. 多环芳烃在环境中可通过多种途径得以降解,包括挥发、光氧化、化学氧化、生物富集、土 壤颗粒吸附、浸滤作用及微生物的降解等.而微生物降解多环芳烃已成为治理该类污染物的最 主要途径之一.微生物降解多环芳烃与其它传统的焚烧等技术相比,更具有二次污染少、价格 低等优点.许多多环芳烃化合物均能被一种微生物或一个微生物群体全部或部分降解. 目前,研究微生物降解污染物的主要目标包括:1)高效降解菌株的筛选和培育;2)研究各 种微生物降解污染物的酶促反应机理和途径;3)探知有机污染物降解的酶(系)及相关基因 (簇):4)研究影响微生物降解污染物的环境因子和其它生物因子;5)利用生物技术手段构建高 效的遗传工程菌株并应用于环境污染物的治理.本文对海洋环境中降解多环芳烃的海洋微生 物及其降解途径、降解基因以及分子生物学技术在研究海洋多环芳烃生物降解中的最新研究 进展作一综述.
囵 doi:10.3969/j.issn.1672—5425.2016.02.002 WWW.hxyswgc.com 2016,VoI 33 No.02亿亏与生物Z程
Chemistry&Bioengineering
多环芳烃的微生物降解机制研究进展 王 涛 -一。蓝 慧 -一。田 云 ,卢向阳 (1.湖南农业大学生物科学技术学院,湖南长沙410128; 2.湖南省农业生物工程研究所,湖南长沙410128)
摘要:多环芳烃是环境中最常见且最难降解的有机污染物之一。通过微生物降解使环境中的多环芳烃低毒化或 无毒化是当今环境修复的研究热点之一。以萘和菲为研究对象,论述了多环芳烃的微生物降解机制,并阐述了生命组学 新技术在多环芳烃降解机制研究中的应用,为深入探讨多环芳烃的微生物降解及转化机制奠定了理论基础。 关键词:多环芳烃;微生物降解;降解机制 中图分类号:X 172 文献标识码:A 文章编号:l672 5425(2016)02—0008 07
Research Progress on Microbial Degradation Mechanisms for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons WANG Tao ’ ,LAN Hui ’。,TIAN Yun ’ ,LU Xiang—yang ’。 (1.College of Bioscience and Biotechnology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China; 2.Hunan Agricultural B 0e g PPr西zg Research Institute,Changsha 410128,China) Abstract:Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)are one of the common and the most refractory organic pollutants in the environment.Nowadays,low—toxicity or non—toxicity of PAHs by microbial degradation is one of the research highlights in the field of environmental remediation.In this paper,using naphthalene and phe— nanthrene as example,the microbial degradation mechanisms of PAHs are reviewed,and the application of “omics”technology in life science for research of microbial degradation of PAHs is summarized.The review lays a certain theoretical foundation for further exploring the microbial degradation and conversion mechanism for PAHS. Keywords:polycyclic aromatic hydrocarbons;microbial degradation;degradation mechanism
多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是一类于环境中分布广泛且稳定存在的有毒 有机化合物,是由2个或2个以上的苯环以线形排列、 弯曲连接或者聚簇状的方式构成的有机污染物,分子 量较大,其水溶性和挥发性会随着分子量的增大而减 小。环境中PAHS主要来源于石油泄漏、汽车尾气、 农药类废物、化石燃料和生物质的不完全燃烧,土壤中 PAHs主要来自大气污染、污水灌溉、污泥农田等口j。 据报道,PAHs具有致畸、致癌、致突变作用,对生态环 境和人类健康危害极大l_2]。近年来,随着工业化进程 的加快,环境中的PAHs污染问题日益突出,严重威 胁人类健康,如:呼吸、饮水和饮食等。据相关风险评 价调查表明:街边小吃烹饪产生的PAHs超出标准值 (10 )。以苯并[n]芘(BaP)为代表物进行评价,济南 市的等效毒性BEQ值大于10 ng·m ,虽低于北京 (16.19 ng·m )、上海(15.77 ng·m ),但明显高 于国外城市如英国伦敦(3.71 ng·m )、日本富士 (1.91 ng·m )。低环数的PAHS对河流中水生生
基金项目:湖南省环保厅资助项目(湘财建q ̄[20141287-g-) 收稿日期:2015—09—17 作者简介:王 ̄(1991一),男,湖南株洲人,硕-- ̄- ̄究生,研究方向:应用微生物学,E-mail:754507058@qq.com;通讯作者:田云,
教授,E—mail:tianyun79616@163.corn;卢向阳,教授,E—mail:xiangyangcn@163.com。 王 涛等:多环芳烃的微生物降解机制研究进展/2016年簟2期 物健康的影响与致癌类和放射性污染物对人体健康的 毒害作用属叠加关系,而非协同与拮抗关系¨3 ;同时, PAHs的摄人与艾滋病及其它癌症的发病机制有着密 切的联系 ]。因此,开展对PAHs类物质的研究具有 极为深远的意义。 目前,PAHs类污染物的处理方法有物理法(如焚 烧、填埋等)、化学法(如电氧化、光氧化等)、生物修复 法(如植物吸附、微生物降解等)等三大类,物理法和化 学法操作成本高且易造成二次污染,而生物修复法无 二次污染,被公认为最经济、最有效、最环保的修复技 术。迄今为止,从土壤中分离获得对PAHs有降解作 用的微生物包括细菌、酵母菌、真菌。不同微生物降解 PAHs的过程中,其代谢关键酶、代谢产物及降解转化 行为都有所差异,其中,代谢关键酶对于高效、安全去 除PAHs起决定性作用_5]。经证实,这些关键酶主要 是双加氧酶、单加氧酶、脱氢酶、羟化酶和木质素 酶 一 。 萘、菲、蒽和苯并[口]芘是研究PAHs微生物降解 机制的常见环境污染物的模式化合物。以模式化合物 ∞一 H 作为唯一碳源筛选、驯化获得高效降解菌并通过生理 生化、基因组学进行鉴定与分析是较常用的技术,而从 蛋白质组学、代谢组学等角度探讨PAHs降解途径比 较少。鉴于此,作者以萘和菲为模式化合物来阐述微 生物降解PAHs的分子机制并综述目前蛋白质组学、 代谢组学等生命组学新技术在PAHs降解机制中的 研究进展,拟为更深入探究PAHs降解途径提供理论 基础。
1 PAHs的微生物降解机制 1.1萘 萘是分子量最小的PAHs,其结构简单、水溶性较 好,从自然界中较易分离得到其降解菌株。目前,以萘 作为唯一碳源分离得到的菌种包括:产碱杆菌属Az— caligenes、伯克氏菌属Burkholderia、分支杆菌属My— cobacterium、假单胞菌属Pseudomonas、劳尔氏菌属 Ralstonia、红球菌属Rhodococcus、鞘氨醇单胞菌属 Sphingomonas和链霉菌属Streptomyces等8类菌 属。微生物降解萘的一般途径如图1所示。
一●——————一 ¨ l● —~ …一。 H。 洲OH I 间位裂解 ● Acetaldehyde●————一Rin2 fission
Pyruvate ' ticCinate
图1微生物降解萘的一般途径 Fig.1 General pathways for naphthalene degradation by microorganism
首先,萘在萘双加氧酶的作用下2个碳(1、2位) 被羟基化转化为顺一萘二氢二醇,再经过顺一萘二氢二 醇脱氢酶、1,2-双羟基萘双加氧酶、2一羟一2H一并吡喃一2一 羧基异构酶和脱羧酶等多种酶的作用形成水杨酸,之 后水杨酸经过儿茶酚裂解途径进入TCA循环,其途 径可分为两种:一种为间位裂解途径,在水杨酸羟化酶 OOH 的作用下水杨酸转化为邻苯二酚,之后邻苯二酚被邻 苯二酚一2,3一双加氧酶开环形成己二烯半醛酸,最终形 成乙醛和丙酮酸进入TCA循环;另一种为邻位裂解 途径,即邻苯二酚被邻位裂解酶(邻苯二酚一1,2一双加 氧酶)开环形成己二烯二酸,随后乙酰辅酶A和琥珀 酸形成进入TCA循环,最后生成二氧化碳和水 。。。。
一 瓣 目前研究较多的是假单胞菌属降解萘的代谢途径。研 究表明,真菌降解萘的代谢途径中邻苯二酚在粘康酸 酯化酶和羧基粘康酸环化酶作用下生成顺,顺一粘康 酸,之后再形成粘康酸酯,最终进入TCA循环u 。 Narancic等L1 研究Pesudomonas sp.TN30 1菌 时发现,龙胆酸及邻苯二酚在邻苯二酚~2,3一双加氧酶 和邻苯二酚一1,2一双加氧酶等多种酶的作用下经一系 列连续降解反应并最终进入TCA循环,即4一OT(4一 oxa1ocrotonate tautomerase)途径。研究表明,水杨酸 还能够通过羟化酶转化为龙胆酸进行降解n引,即龙胆 酸途径,而Pseudomonas aeruginosa PAO1降解萘时 有水杨酸和邻苯二酚等中间产物产生,而未发现龙胆 酸[1 ,可推测降解萘的过程中有儿茶酚途径存在而无 龙胆酸途径。由此可见,由于萘降解基因的高度保守 性n ,菌株对萘的降解途径与菌株本身的降解基因相 关,而对萘的降解能力的差异性可能是菌株降解基因 的不同所致。研究Burkholderia sp.BC1菌时发现, 2一羟基一1一萘甲酸的代谢和萘的龙胆酸途径是通过不同 的酶来控制的,2一羟基一1一萘甲酸的代谢途径是先形成 2一萘酚再形成1,2,6一三羟基一1,2一二氢萘和龙胆酸,而 萘的龙胆酸途径是先形成1,2一二羟基~1,2一二氢萘再 形成水杨酸和龙胆酸,其中2一羟基一1一萘甲酸能够被脱 羧酶诱导 。Dionisi等L1 利用RT—PCR对萘降解基 因簇nagAaGHABAcAdBFCQED和naglKLM中编 码经萘羟基化双加氧酶大亚基的nagAc基因的引物 同降解菌株的nagAc—like基因进行实验,发现na— gAc-like基因是广泛存在于萘降解中的一类基因。另 外,萘降解的主要基因还有水杨酸羟化酶基因nahG、 儿茶酚一1,2一加氧酶基因、水杨酸脱氧酶基因、儿茶酚一 2,3一加氧酶基因和萘双加氧酶基因nahAc等。Mi— novska等L1 对4一OT途径上游筛选到的4个加氧酶 基因(其中C23O、C120属于儿茶酚双加氧酶基因)进 行多样性分析时发现,NAPH可能与萘微生物降解相 关,并提出基因水平转移的预想:通过质粒来预测基因 去向并在一定条件下利用PAHs降解菌进行共培养 实现基因水平转移,从而建立高效的混合菌降解体系 以提高PAHs降解效率。 1.2菲 菲是致癌PAHs最小的结构单元,由3个环组 成,其致癌性多存在于其衍生物中,而本身不具有致癌 性。微生物对菲的降解经过一系列酶作用后分别通过 水杨酸或邻苯二甲酸途径进入TCA循环,最终完全 降解,如图2所示。 菲在1、2位上的碳原子在双加氧酶的作用下形成 王 涛等:多环芳烃的微生物降解机制研究进展/2016年■2期 顺式一1,2一二氢二羟基菲,之后在脱氢酶的作用下形成 1,2一二氢菲;而菲的降解途径主要起始于3、4位碳在 双加氧酶的作用下形成顺式一3,4一二氢二羟基菲,随后 在脱氢酶的作用下形成3,4一二氢菲,再通过3,4一双羟 基菲双加氧酶、2一羟基一2H一苯芘[五]色原烯一2一羧酸盐 异构酶、外二醇双加氧酶、水合醛缩酶、1一羟一2一萘甲酸 脱氢酶等作用转化为卜羟基一2一萘甲酸,最后通过菌株 各自的途径进行降解口 。通常5,6一苯并香豆素和7, 8一苯并香豆素的快速积累能导致菲1、2位和3、4位上 的碳裂解l_2 。 1一羟基一2一萘甲酸降解分两种途径:邻位降解途径 和间位降解途径,参与酶类有:水杨酸羟化酶、水杨酸 氧化酶、水杨醛脱氢加氧酶及其它单加氧酶和双加氧 酶等,最终进入TCA循环并完全降解_2¨。一般,菲在 1一羟基一2一萘甲醛羟化酶的作用下1一羟基一2一萘甲酸转 化为萘二酚,其最终降解途径与萘类似,而利用水杨酸 途径降解的菌株通常能够分别利用菲和萘作为唯一碳 源进行生长,其常见于假单胞菌属细菌中,而菲9、10 位上的碳则在双加氧酶的催化下生成9,10一环氧化菲 后在单加氧酶的催化下形成顺式一9,10一二氢二醇菲, 再经过邻位裂解途径形成邻苯二甲酸,最终通过邻苯 二甲酸双加氧酶、邻苯二甲酸二氢二醇脱氢酶、邻苯二 甲酸脱羧酶等作用转化为原儿茶酸,原儿茶酸再进一 步通过氧化开环进入TCA循环 ,其中联苯二甲 酸能在形成联苯三酸之后通过铁氧还原蛋白酶、4,5一 邻苯二甲酸双加氧酶、4,5一氧化还原脱羧酶等的作用 生成邻苯二甲酸,最后分别进入 ketoadipate途径和 TCA循环并最终完全降解 引。 虽然菲经过不同途径的不同酶最后进入原儿茶酸 途径和水杨酸途径,但在Stenotrophomonas malto— philia C6菌对菲的多种代谢途径研究中发现,原儿茶 酸和水杨酸并不是主要的代谢方式,其中有部分酶对 水杨酸的代谢有一定的抑制作用口引,因此,菲的具体 代谢途径还需要结合生命组学技术进行进一步的探索 与研究。 目前,微生物对菲降解的研究比较广泛,能够降解 菲的菌种有:嗜酸菌属Acidovorax、节杆菌属Ar— throbacter、短杆菌属Brevibacterium、伯克氏菌属 Burkholderia、丛毛单杆菌属Comamonas、分支杆菌 属Mycobacterium、假单胞菌属Pseudomonas、鞘氨醇 单胞菌属Sphingomonas等。利用分子杂交技术在 Nocardioides sP.KP7的染色体上定位得到2个降解 基因簇phdlJK和phdEF-orf131一phdAB—orf72一 phdGHCD,其中phdI编码1一羟一2一萘甲酸双加氧酶、