胶州湾半知菌对多氯联苯的移除研究

论文摘要

多氯联苯（Polychlorinated Biphenyls,PCBs）,是环境中广泛存在的一类有机氯污染物,难以降解和移除,具远距离迁移的性质,可沿食物链在生物体内富集、放大,通过挥发、溶解和沉积过程在环境中迁移,进入生物体内难以被降解,不易排出体外;具有致畸、致变、致癌作用,其在环境中的存在威胁着生态环境及人类健康。鉴于PCBs会导致生态环境破坏和危及人类健康,对PCBs污染的修复就成为了如今国内外急需解决的环境重点问题。生物移除多氯联苯包括了生物吸附和生物降解等一系列的过程。本文利用胶州湾表层沉积物中分离的4株优势海洋半知菌（命名为LC1、LC2、LC3和LC4）,富集培养后接种,进行多氯联苯的移除研究试验,并且在分析测试胶州湾表层沉积物中的氮磷和重金属含量基础上,设置了氮磷比例和重金属含量水平对半知菌移除多氯联苯的影响实验。在实验中,监测了氯离子的变化、漆酶、锰依赖性过氧化物酶和非锰依赖性过氧化物酶活性,使用气相色谱质谱（GC-MS）联用技术评估了各阶段多氯联苯的降解效率。主要研究内容及成果如下:首先,概述了现阶段国内外多氯联苯污染现状;简述了多氯联苯的结构与毒性的关系以及对海洋环境的危害;阐述了多氯联苯的化学、物理处理研究现状,细菌、真菌的好氧厌氧降解过程以及降解过程中酶对降解效果的影响,简要叙述了影响PCBs生物修复效率的因素及其调控途径的特点及相关应用现状。在此基础上,列出了本文的创新点,明确了本文的研究意义。其次,初步探讨了半知菌对多氯联苯的移除效果,在分析测定胶州湾表层沉积物多氯联苯含量的基础上,利用从沉积物中分离出的4种优势半知菌（真菌）,选择低氯到高氯6种目标多氯联苯进行移除试验,利用GC-MS检测了多氯联苯的浓度变化,评价半知菌的降解效果;同时设置对照组、灭活组以及空白组进行比对;在为期35天的实验中,检测了氯离子的含量和漆酶、锰依赖性酶等木质素酶酶活性的变化,利用GC-MS检测了最终产物,以探讨半知菌降解多氯联苯的途径。结果表明,半知菌能有效的、不同程度的移除6种目标多氯联苯,试验中发现了氯离子浓度的微弱变化和酶活性的变化,也检测到了一些新的产物,这将有利于进一步解释半知菌移除多氯联苯的整个过程。第三,探究了氮磷水平对半知菌移除PCBs的影响。在初步移除试验结果的基础上,选择3种常见多氯联苯为目标进行氮磷水平影响多氯联苯移除试验。试验在分析测定胶州湾表层沉积物氮磷含量基础上,设置氮含量N分别为0.595 g/L, 0.119 g/L, 0.0595g/L,氮磷比例分别为5:1,15:1,45:1三个水平和三个浓度,实验过程中检测了不同阶段的氯离子含量变化和酶活性变化情况,利用GC-MS分析测试了多氯联苯的浓度变化,检测了最终产物。结果表明,在不同氮磷比例下,4种真菌均能不同程度的移除目标多氯联苯,在氮水平为0.119 g/L-1移除效果最优。第四,探究了重金属水平对半知菌移除PCBs的影响。在分析测定胶州湾表层沉积物试验重金属含量基础上,选择对酶活性影响较大的重金属元素Cu、Fe、Mn,针对毒性较大的、而且分布广泛的2,3’,4,4’,5-Pentachlorobiphenyl （PCB118）为目标多氯联苯进行重金属影响移除试验。实验模拟了海水环境,监测了酶活性变化,利用GC-MS分析测试了多氯联苯的浓度变化,检测了最终产物。结果表明,在不同重金属水平下,4种真菌均能不同程度的移除目标多氯联苯,而且针对不同含量水平,半知菌表现的效果各有差异。整体上,无论在高浓度还是低浓度水平的重金属含量下,LC3降解效果最优,LC1次之,紧接着是LC2,最后为LC4。通过以上研究,本文归纳总结了半知菌初步降解以及不同氮磷比例和不同重金属含量水平对移除效果的影响数据,希望能有效填补目前研究的相关数据空白,为进一步解释多氯联苯的降解途径提供参考,为解决多氯联苯的污染和恢复生态平衡问题贡献一份力量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 多氯联苯简介
• 1.1 多氯联苯的特征描述和污染现状
• 1.1.1 多氯联苯的特征
• 1.1.2 多氯联苯污染情况
• 1.1.3 多氯联苯结构对其毒性和降解的影响
• 2 多氯联苯移除的研究进展
• 2.1 化学降解法
• 2.1.1 金属还原法
• 2.1.2 聚乙二醇/钠法
• 2.1.3 氢化法
• 2.1.4 硫化还原法
• 2.1.5 氧化降解法
• 2.1.6 光、电降解法
• 2.2 物理移除法
• 2.2.1 封存、填埋
• 2.2.2 高温焚烧
• 2.3 生物移除
• 2.3.1 好氧降解
• 2.3.2 厌氧降解
• 2.4 酶对多氯联苯降解的影响研究
• 3 影响PCBs 生物修复效率的因素及其调控途径
• 3.1 环境因素
• 3.2 PCBs 的最初浓度
• 4 本研究的创新点、意义以及相关技术路线
• 4.1 创新点
• 4.2 研究意义
• 4.3 本课题技术路线
• 第一章 半知菌对多氯联苯降解效果的初步探讨
• 1 引言
• 第一节 胶州湾表层沉积物中多氯联苯的分布特征
• 1.1 样品采集及预处理
• 1.2 仪器条件
• 1.3 结果
• 1.4 讨论
• 第二节 半知菌对多氯联苯降解效果的初步研究
• 2.1 材料
• 2.1.1 菌种和培养基
• 2.1.2 多氯联苯储备液
• 2.2 仪器及参数
• 2.2.1 离子色谱条件
• 2.2.2 GC-MS 条件
• 2.3 试验
• 2.3.1 半知菌耐受力和生长能力的测试
• 2.3.2 微型系统中的多氯联苯移除实验
• 2.3.3 样品分析
• 2.3.4 酶活性的分析
• 2.4 结果和讨论
• 2.4.1 氯离子浓度的分析
• 2.4.2 酶活性的分析
• 2.4.3 半知菌对PCBs 的移除潜力
• 3 结论
• 第二章 氮磷水平对半知菌降解PCBs 的影响研究
• 1 引言
• 第一节 胶州湾表层沉积物中氮磷分布特征
• 1.1 样品采集及预处理
• 1.2 仪器
• 1.3 方法
• 1.3.1 总氮含量测定
• 1.3.2 总磷含量测定
• 1.4 结果
• 1.5 讨论
• 第二节 氮磷水平对半知菌降解PCBs 的影响
• 2.1 材料
• 2.2 仪器及参数
• 2.3 实验
• 2.3.1 半知菌的复壮
• 2.3.2 试验设置
• 2.3.3 分析方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 菌株的生长情况
• 2.4.2 氯离子浓度的变化
• 2.4.3 酶活性的分析
• 2.4.4 多氯联苯移除
• 3 结论
• 第三章 重金属对半知菌降解PCBs 效果的影响研究
• 1 引言
• 第一节 胶州湾表层沉积物中重金属含量
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 仪器校正
• 1.3 ICP-MS 工作参数
• 1.4 样品采集及预处理
• 1.5 结果
• 1.6 讨论
• 第二节 重金属水平对半知菌移除PCBs 的影响
• 2.1 材料
• 2.2 仪器
• 2.3 分析方法
• 2.4 实验
• 2.4.1 半知菌的复壮
• 2.4.2 试验设置
• 2.4.3 样品分析
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 菌株的生长情况
• 2.5.2 酶活性的分析
• 2.5.3 多氯联苯移除
• 3 结论
• 总结
• 参考文献
• 附录— 缩略词注释
• 硕士期间发表论文情况
• 致谢