随着工业的发展化石燃料的需求和消耗量逐渐增加,导致环境中多环芳烃(PAHs)的含量急剧增加。多环芳烃具有致毒、致突变,致癌等特性,进入环境中的PAHs会对生态环境及人类的健康造成严重的威胁,因此选择高效合理的修复技术成为目前亟需解决的问题。由于表面活性剂能增加PAHs的溶解性和生物可利用性而提高PAHs的生物降解,表面活性剂增效微生物修复已发展成为一种高效修复PAHs污染环境的方法。人们大量研究了表面活性剂对微生物降解PAHs的影响,但是,近年来表面活性剂对PAHs降解的影响争议颇多(促进、抑制和无明显作用)。因此,为了能进一步明确相应的作用机理,本文研究了非离子表面活性剂对鞘氨醇单胞菌GY2B细胞特性及菲生物降解的影响,并利用多组学手段(蛋白组、基因组和转录组)探讨其相关的作用机理。论文取得的主要成果如下:(1)选用三种具有代表性的非离子表面活性剂(Tween80、TritonX-100和Brij30)研究了它们对鞘氨醇单胞菌GY2B细胞表面特性(膜通透性、官能团、元素)、细胞活性以及GY2B对菲生物降解效果的影响。Tween80、TritonX-100和Brij30分别促进,轻微和明显地抑制了GY2B对菲的降解。Tween80对菲的降解起到促进作用可能是因为其可以作为附件碳源被GY2B利用从而增加细胞的生长和活性,流式细胞仪的检测结果也进一步证实了Tween80的加入可以增加活性细胞的数量。TritonX-100和Brij30不仅能够抑制GY2B的生长,而且会对细胞膜产生破坏作用,表明这两种表面活性剂会对GY2B产生一定的毒性。TritonX-100对GY2B细胞的毒性作用小于Brij30,因此TritonX-100对菲的生物降解的抑制作用要小于Brij30。(2)运用差异蛋白组学方法研究了在GY2B降解菲的过程添加和不添加Tween80的情况下GY2B蛋白质的表达情况。Tween80的加入使23个蛋白的表达发生了上调,19个蛋白的表达发生了下调。添加Tween80后增加了细胞膜表面H+的转运作用来为菲的跨膜转运提供所需要的能量和载体,使菲更容易进入到细胞内进行降解。Tween80加入后调节了细胞膜蛋白的折叠/组装等过程来增加细胞膜结构和功能的稳定性进而使的GY2B有更强的细胞活性。另外,添加Tween80后GY2B细胞内的代谢活动(例如:三羧酸循环、嘌呤嘧啶代谢、氨基酸合成、糖酵解、戊糖磷酸途径)也加快了,抑制了参与到转录翻译过程的蛋白和半胱氨酸脱硫酶的表达,这些过程的调控可能会增加GY2B的活性及其生长,使GY2B降解菲的能力提高。(3)利用Illumina Hiseq2000平台测定了Sphingomonas sp.GY2B的全基因组序列,样本共产出776 Mb数据。基于测序数据组装得到GY2B的基因组大小为4994934 bp,GC含量为65.16%,共16个scaffold,22个contig。通过基因组组分分析后发现,样品GY2B的基因组含有5048个基因,总长度为4452678 bp,平均长度882 bp。串联重复序列共289个,小卫星DNA 7个,微卫星DNA 12个,tRNA 56个和rRNA 6个。通过对差异表达基因的GO功能和参与的代谢途径等进行分析发现,GY2B菌株中有39个基因参与编码PAHs(萘、芴、蒽、菲、芘和苯并芘)降解所需要的单加氧酶和双加氧酶(例如:儿茶酚-1,2-加二氧酶),其中的6个基因参与了菲的降解。另外,有43个基因参与到其它有机污染物(二噁英、二甲苯、硝基甲苯、乙苯和阿特拉津)的降解过程中。在GY2B菌体中还存在一些与糖酵解/糖质异生、三羧酸循环、氧化磷酸化和戊糖磷酸等重要代谢通路相关的基因。(4)采用RNA测序技术在转录组水平上对GY2B降解菲的过程中添加Tween80后基因的差异表达进行了分析,发现Tween80的加入导致很多基因的表达发生了变化,而使GY2B降解菲的能力得到提高。添加Tween80后,位于细胞质膜表面与H+转运有关的基因的表达发生上调而能够提供更多的能量和载体来加速菲的跨膜转运,促进了菲被GY2B摄取,增加了菲在胞内的浓度。同时,细胞内与菲降解有关的原儿茶酸4,5-单加氧酶和菲9,10-双加氧酶基因的表达也发生了上调,从而有利于菲的降解。添加Tween80后还可以增加参与到胞内三羧酸循环以及相关途径(例如:碳水化合物、脂类、氨基酸代谢和氧化磷酸化过程)的基因的表达来促进菲的代谢,这些代谢过程的提高能够产生更多的能量进而也有利于其它的细胞进程。另外,Tween80的加入还促进了参与到ABC转运蛋白和蛋白转运的基因的表达,影响了参与到其它生物过程(例如:转录、翻译、次级代谢产物的合成和氧化压力应答)的表达,这些可能对GY2B的细胞活性和生长起到了促进作用,进而提高了GY2B对菲的降解。