一株芘高效降解菌的筛选及其降解途径研究

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1、工程硕士学位论文一株芘高效降解菌的筛选及其降解途径研究作者姓名伍凤姬工程领域环境工程校内指导教师卢桂宁研究员校外指导教师周建民高级工程师所在学院环境与能源学院论文提交日期2015年3月ScreeningofaHigh-efficientPyrene-degradingBacterialStrainanditsDegradationPathwayADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：FengjiWuSupervisor：Prof.GuiningLuS

2、outhChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：X172学校代号：10561学号：201221018182华南理工大学硕士学位论文一株芘高效降解菌的筛选及其降解途径研究作者姓名：伍凤姬指导教师姓名、职称：卢桂宁研究员申请学位级别：工程硕士工程领域名称：环境工程论文形式：□产品研发□工程设计□√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：有机物污染物微生物修复论文提交日期：2015年3月16日论文答辩日期：2015年3月19日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期

3、：2015年4月30日答辩委员会成员：主席：韦朝海委员：温勇汪晓军朱能武黄碧纯摘要多环芳烃（PolycyclicAromaticHydrocarbons,PAHs）是一类在环境中普遍存在的持久性有机污染物，具有“三致”作用，对人类健康和生物安全构成巨大威胁。目前，利用微生物处理法解决环境中的PAHs污染问题已被广泛接受，而筛选分离高效降解PAHs的微生物菌株是该方法的关键环节。在利用微生物修复PAHs的过程中，蛋白组学成为一个研究热点。微生物可能通过诱导形成具备了新的代谢功能酶系，研究参与环境污染物代谢的蛋白/酶

4、，有助于我们深入了解生物降解的过程。本论文以芘（pyrene）为多环芳烃生物降解研究的模型物，分别从广州石化厂附近石油污染的农田土壤和韶关石化厂焦化废水处理车间曝气池活性污泥中筛选出能以芘为唯一碳源的降解菌株，并从中挑选出降解效果最好的菌株CP13，探究不同培养条件对该菌株降解芘的影响；采用蛋白质组学技术分析了降解菌CP13在芘诱导下的蛋白表达差异以了解芘降解过程中的关键酶；结合GC-MS对芘降解中间产物的检测结果，初步推导出CP13降解芘的途径。主要结论如下：（1）对比两种菌源筛选出来的芘降解菌株发现，来源于焦

5、化废水活性污泥的菌株CP13在所获得的降解菌株中降解效果最好，对芘（50mg/L）7天降解率达到90%以上。经16SrDNA测序初步鉴定，菌株CP13为Mycobacteriumgilvumstrain，其GenBank序列的登陆号是KF378755。将菌株CP13保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC），保藏编号为CGMCCNo.7963。（2）对菌株CP13降解芘的环境条件进行研究，结果表明菌株CP13在芘初始浓度小于75mg/L、温度范围在30-35℃，pH值为7~10的条件下均能高效

6、降解芘，7天降解率达88%以上，在最佳条件下的降解率可达95%以上。说明该菌在不同环境条件下都具有较好的降解效果，可进行较为广泛的应用。（3）利用GC-MS技术对菌株CP13降解芘过程中的产物进行分析，结果表明CP13降解芘的中间代谢产物有1-羟基萘、4-羟基菲、4-羧基菲和邻苯二甲酸，其中4-羟基菲为在芘代谢过程中产生积累。（4）通过蛋白质双向电泳技术，对菌株CP13降解芘过程中产生的全蛋白质进行分析。结果发现，细菌在降解过程中涉及到了glycosyltransferasegroup1、GMCoxidoredu

7、ctasefamily等维持其生理活动所需的蛋白/酶。此外，在培养条件为pH=9时检测到了对PAHs降解相关蛋I白putativeextradioldioxygenase，在芘被生物降解的过程中具有重要作用。（5）结合GC-MS对产物的检测结果以及蛋白组学的鉴定结果的分析，对菌株CP13降解芘的过程进行推导：芘在相关酶的作用下氧化成4,5-二羟基芘，随后开环形成产物4-羧基菲，脱羧转化成4-羟基菲或3,4-二羟基菲，然后3,4-二羟基菲经过开环形成1-羟基萘，再裂解生成邻苯二甲酸，最后进入三羧酸循环（TCA）彻底

8、降解为CO2和H2O。关键词：多环芳烃（PAHs）；芘；代谢产物；蛋白质组学；降解途径IIAbstractPolycyclicaromatichydrocarbons(PAHs)areaclassofubiquitous,persistent,toxic,andcarcinogenicpollutantsthatposesignificantriskstoenvironm