蒽菲芘及其中间转化物的生物竞争代谢动力学特征研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:owenzhong2012
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多环芳烃是环境中广泛存在的一类难降解危险性致癌污染物,极易在环境中累积,并且可以通过食物链进行传递,对包括人类在内的动物的健康及生态环境已造成了极大的威胁。在环境样品中经常发现蒽、菲、芘的存在,目前已经发现多环芳烃与人类癌症发生的直接相关性,蒽、菲、芘的化学结构有着与致癌多环芳烃相同的区域结构。蒽、菲、芘已成为多环芳烃代谢研究中的模式化合物,对蒽、菲、芘的研究,不仅有助于它们在环境中的消除,而且研究结果可用以了解其他多环芳烃的降解机制、途径以及多环芳烃生物利用率影响因素,为环境中多环芳烃的污染防治提供相关资料。本文通过对多环芳烃的理化性质、毒性、在环境中的来源、分布、存在状态、迁移转化归律、目前蒽、菲、芘微生物降解研究现状进行了较全面综述。本论文研究了前期实验中分离筛选出的两株优良菌CN2和CN4对蒽、菲、芘的降解可行性、特性、降解条件的优化、胞内粗提酶催化降解的环境因素优化、优良菌活体及胞内粗提酶对蒽、菲、芘的降解动力学特征及各阶段中间产物对降解过程产生影响的规律等内容,得出以下结论:1、论文中使用的芽孢杆菌CN2和黄杆菌CN4对蒽、菲、芘均有较强的降解能力,并能够以蒽、菲、芘为碳源大量生长繁殖。其中CN2对菲的降解效果最好,120h降解去除率能够达到51.1%。CN4则对蒽的降解效果最好,120h降解去除率能够达到48.2%。Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Zn2+等外加微量元素离子对两株菌种的降解作用有不同程度的影响。其中CN2降解蒽时,Mn2+起到了促进作用。24h内降解去除率达到33.2%。Mn2+、Cu2+对菲的降解过程起到促进作用,24h内去除率超过40%,Mn2+的促进作用大于Cu2+的作用。对于芘的降解,外加微量元素作用不明显。在CN4降解三种不同底物时,Mn2+均起到了促进作用,与同条件下的对照组相比,CN4对蒽降解率提高了3.4%,对菲降解率提高了1.56%,对芘降解率提高了1.28%。外加离子作用的差别说明两菌株对蒽、菲、芘的酶系有所不同。两菌株在偏酸性条件下表现出更强的降解性能,在碱性条件下,两株菌种对蒽、菲、芘的降解作用受到抑制。CN2菌在pH=6时降解去除效果最好,分别为31.16%、44.8%、36.32%。CN4菌在pH=5时降解去除效果最好,分别为32.12%、28.2%、27.2%。2、从CN2和CN4两株优良菌对蒽、菲、芘降解的平均反应速率可以看出,随着蒽、菲、芘浓度的增加,反应速率也在不断加快,呈线性关系。但是当浓度超过200mg/L时,两株菌的降解速率都率减小,说明降解过程受到抑制。3、pH和温度对两株菌种粗酶液的催化氧化多环芳烃的作用有较大的影响:CN2菌株粗提酶在pH在6—7范围内能够很好地发挥降解作用。CN4菌株粗提酶适合于在偏酸性介质中发挥降解作用,在碱性或酸性介质中酶的作用受到抑制;当环境温度范围为18℃~50℃,CN2和CN4菌株的胞内粗提酶均能保持其降解活性,在30℃~35℃,对蒽、菲、芘的降解性能最佳。4、用Eadie-Hofstee法计算米氏常数Km与最大反应速率Vm,以获得两株菌种酶促降解多环芳烃的动力学特征。研究结果表明,在一定时间范围内,反应物初始浓度反应速度影响较大,一般随浓度增大,平均初始速率不断增大。对于任意蒽、菲、芘初始浓度来说,酶促反应在15、30、60、120min内的平均速率在依次减小,这是因为随反应时间体系中蒽菲芘浓度减小,并且随反应的进行体系中产生的中间物竞争代谢也会引起速率降低;各条lgv~lgc关系曲线接近平行,说明在不同的观察时间范围内,表观反应级数基本相同。对于CN2来说,降解蒽平均表观反应级数为0.6606,降解菲平均表观反应级数为0.7762,降解芘平均表观反应级数为0.627,对于CN4来说降解蒽平均表观反应级数为0.9331,降解菲平均表观反应级数为0.7629,降解芘平均表观反应级数为0.896。5、在CN2、CN4两种不同菌株的降解体系中,存在中间产物对原始底物蒽、菲、芘的抑制作用。结合酶促反应结果,可以推测:中间产物的抑制作用应该主要是竞争代谢引起的。大多数情况下,加入了中间产物的降解体系中底物的去除率都比对照组底物去除率低。本论文的研究结果为多环芳烃的生物修复奠定了基础。
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