焦化污染場地中萘降解菌株AO-4鑒定、生長、降解機理及環境條件帶來的影響（五）
2.5菌株AO-4對PAHs降解的廣譜性
2.5.1菌株AO-4對單一PAHs的降解
實際污染場地通常涉及多種PAHs的污染，為探討菌株降解的廣譜性，進一步測試了該降解菌AO-4對其他4種常見PAHs芴、菲、蒽和芘各自的降解能力。實驗中5種污染物萘、芴、菲、蒽和芘的初始濃度各為50mg/L（各體系污染物濃度為50mg/L），體系pH為7.0，菌量為5%（OD600=1）。菌株AO-4對不同PAHs的降解率見圖9，菌株對5種污染物有不同程度的降解。萘的降解率在24h達到99.85%，菲、芴、芘和蒽的降解率分別為23.94%、18.16%、7.44%和2.47%，反應至5d時，萘、菲、芴、芘和蒽降解率分別達到100%、33.13%、24.70%、14.84%和7.30%，表明該菌可不同程度降解萘、菲、芴、芘和蒽。PAHs的生物降解與污染物的結構密切相關，萘含有2個苯環，芴和菲同屬于3環的PAHs，但芴的兩個苯環中間含一個5環的稠環芳烴，難于降解，所以對萘的降解率高于菲，對芴的較低。高闖等研究也發現銅綠假單胞菌對菲的降解率高于芴，84h后對50mg/L的芴、菲的降解率分別為23.47%、34.83%。隨著苯環數量的增加，PAHs的降解難度增大。芘為4環的PAHs，比3環的PAHs難降解。研究了銅綠假單胞菌DQ8對PAHs的降解特性，發現DQ8可有效降解3環和4環的PAHs，且4環PAHs比3環PAHs更難降解；且在四種PAHs（芴、菲、蒽、芘）混合體系中，菲和芴可在7d內被完全降解，但蒽和芘在12d之內分別只被降解了40.50%和34.50%。菌株AO-4對蒽的降解率較小，可能是因為蒽在水中的溶解度較小，導致其生物利用度較低。
圖9菌株AO-4對單一體系PAHs（萘、菲、芴、芘和蒽）的降解
2.5.2菌株AO-4對混合PAHs的降解
環境介質中的PAHs多以混合形式存在，考察菌株對混合PAHs的降解效果具有重要的現實意義。菌株AO-4對混合PAHs的降解效果如圖10所示。5種污染物萘、芴、菲、蒽和芘的初始濃度均為50mg/L（總體系污染物濃度為250mg/L），體系pH為7.0，菌量為5%（OD600=1）。由圖可知，菌株對混合的5種污染物有不同程度的降解。萘的降解率在1d達到99.54%后保持平穩，芴、菲、蒽和芘的降解率分別為8.79%、5.14%、1.55%和0.06%；發現菌株AO-4優先以萘為碳源，萘的降解主要發生在1d內，而其他PAHs的降解率隨著PAHs環數的增加而下降，說明菌株AO-4優先以低環PAHs為碳源。張娟琴等研究菌株B5降解混合PAHs（萘、蒽、芘）時也發現類似現象，萘在混合體系中72h降解率可達99.13%，而對蒽和芘的降解率分別為87.25%、75.07%。反應至5d時，芴、菲、蒽和芘降解率分別為20.95%、18.28%、4.75%和4.44%，均低于單一體系。這可能是因為PAHs種類和濃度的增加顯著抑制了降解菌的活性。
高秀榮等也有類似發現，菌株Q3對單一底物菲、芘和苯并[a]芘降解率可達到98%、47%和65%；而對混合PAHs中的菲、芘和苯并[a]芘降解率僅為57%、29%和33%。盧曉霞等研究了單一菌株在16種PAHs混合物初始總量分別為17μg/mL和166μg/mL時的生長情況，發現菌株在低濃度的PAHs中生長良好，能降解低環PAHs，而在高濃度的PAHs中菌株的生長和活性受到了抑制。經過5d的降解，混合體系菌株AO-4對5種PAHs降解能力大小順序為萘>芴>菲>蒽>芘，這可能與PAHs在水中的溶解度相關，水溶性越好的PAHs更易被生物利用。萘為2環PAHs，芴為3環，25℃其在水中的溶解度分別為31mg/L、1.69mg/L。菲與蒽均為3環PAHs，且為同分異構體，但蒽為線性分子，菲是角性分子，一般來說角性分子比線性分子在水中的溶解度大，25℃時菲和蒽在水中的溶解度分別為1.15mg/L和0.04mg/L，導致在混合體系中菲比蒽更容易被利用。芘為4環PAHs，隨著環數的增加，其疏水性和毒性比其他四種PAHs更大。Sharma等也發現混合菌株在7d對芴、菲、蒽和芘的降解率分別為75%、67.8%、52.2%和39.2%，隨著環數的增加，降解率也在降低。
圖10菌株AO-4對混合體系PAHs（萘、芴、菲、蒽和芘）的降解
3結論
（1）從焦化污染土壤中分離篩選得到1株萘高效降解菌AO-4，通過形態結合16S rDNA序列，將其鑒定為銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）。
（2）在菌株AO-4的染色體中可檢測到萘代謝途徑（水楊酸代謝途徑）中的關鍵酶基因，萘雙加氧酶基因（nahAC）和兒茶酚2，3-雙加氧酶基因（nahH）。推測AO-4對萘的降解是以水楊酸途徑進行降解的，進一步的判斷需要對其中間產物進行檢測。
（3）菌株AO-4對400mg/L萘的降解率在24h可達97.67%，降解過程中菌株的生長、脫氫酶活性與萘的降解率表現為正相關。
（4）菌株AO-4可降解從1～400mg/L濃度的萘，降解率受萘初始濃度、溫度、pH和菌量的影響，最適降解溫度為30℃、pH為5.0～7.0；在一定范圍內，菌株降解能力隨著菌量（體積分數1%～5%）和初始濃度（1～20mg/L）的增大而增強。
（5）菌株AO-4對PAHs的降解具有廣譜性，可有效降解萘、菲、芴、芘和蒽。在單一體系中，對萘、菲、芴、芘和蒽5d的降解率分別為100%、33.13%、24.70%、14.84%和7.30%；混合體系中，對萘、芴、菲、蒽和芘5d的降解率分別為100%、20.95%、18.28%、4.75%和4.44%。
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