（微生物学专业论文）藻类对苯胺和三唑磷的积累、降解和抗氧化酶反应.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘要 苯胺是农药、染料和医药工业的重要原料，是我国水环境常见的工业污染物， 并被列入中国环境优先污染物黑名单。三唑磷是我国常见的有机磷农药，而且用量 在逐年增加，在环境中残效期较长，有一定水溶性而易于进入水环境，从而对水生 态系统造成威胁。因此研究藻类对苯胺，三唑磷的富集、降解转化机理，对于评价 其环境归趋和生态安全性具有意义，并可为植物修复的可行性分析提供依据。 以衣藻( c h 肠y d d d n 口jm 跏j i l n ，m 打) ，裸藻( 凰曙 州引 c f 胁) 为材料，分析了 苯胺，三唑磷对这两种藻的转化酶和抗氧化酶系统的活性的影响，实验发现：在0 5 0m g l 苯胺的条件下，衣藻体内的过氧化物酶( p e r o x i d a s e ，p o d ) 、n 乙酰基转移 酶( n 吨c e t y l t r a l l s f e r a s e ，n 的活性都出现先上升( 0 5 0m 扎) 后下降( 5 0 1 0 0 m g l ) 的趋势，超氧化物歧化酶( s u p e m x i d ed i s m u t a s e ，s o d ) 与苯胺浓度呈正相 关( p = o 0 0 4 9 ) ；在自养条件下，裸藻p o d 、s o d 的活性出现先上升( o 一2 0m g l ) ， 后下降( 2 0 一5 0m l ) 的趋势，n a t 的活性出现先上升( o 一3 0m g l ) 后下降( 3 0 一5 0m g ，l ) 的趋势；在异养条件下，裸藻p o d 的活性出现先上升( 0 3 0m g ，l ) 后 下降( 3 0 5 0m g l ) 的趋势，s o d 、n a t 都表现为明显地随苯胺浓度增加而升高 的现象。在三唑磷( o 一2 0m l ) 的条件下，衣藻体内的p o d 、s o d 的活性出现 先上升( o 一1 5m 叽) 后下降( 1 5 2 0m l ) 的趋势，有机磷水解酶 ( o r g a n o p h o s p h o r a s e ，o p 田的活性出现先上升( o 一1 0m l ) 后下降( 1 0 2 0m g ，l ) 的趋势；裸藻p o d 与三唑磷浓度呈正相关( p = 0 0 0 7 1 ) ；s o d 、o p h 的活性出现先 上升( o 一2 0m l ) 后下降( 2 0 一4 0m g l ) 的趋势。衣藻、裸藻对苯胺、三唑磷的 耐性较强( 对苯胺的e c 5 0 分别为7 0 ，4 5 m l 对三唑磷的e c 5 0 分别为1 1 ，2 2 m g l ) ， 以上抗氧化酶类和转化酶的诱导是藻细胞耐性的基础。 通过对衣藻，裸藻降解苯胺实验的研究表明：在苯胺初始浓度为1 0m l 时， 衣藻，裸藻对苯胺均具有降解能力，8 天时间内，莱因衣藻、纤细裸藻对苯胺的积 累分别为1 2 、o 6 ( 自养) 、3 ( 异养) ，净降解率分别为2 4 、6 ( 自养) 、 5 2 ( 异养) ，细胞色素p 4 5 0 为代谢途径关键酶，降解产物均为乙酰苯胺。 以三种代表性淡水藻类一莱因衣藻、纤细裸藻和聚球藻为材料，分析了对三唑 磷的降解和积累。结果显示，在初始浓度均为1 0m g ，l 的三唑磷浓度下，8 天时间 内，莱因衣藻、纤细裸藻、聚球藻三种藻对三唑磷的降解率分别为3 5 _ 3 、4 4 6 、 9 8 ，三种藻对三唑磷的积累分别为3 2 3 、1 3 9 、2 0 ，裸藻的生物降解符合一 硕士学位论支 m a s t e r st h e s l s 级反应动力学方程，而衣藻和聚球藻的生物降解符合二级反应动力学方程。衣藻对 三唑磷的降解产物为o 一乙基一o 1 一苯基1 h 1 ，2 ，4 三唑3 葡糖酸酐硫代磷。因此藻类 对水环境三唑磷有显著降解作用，但同时积累的三唑磷可通过生物放大作用对高营 养级生物造成危害。 结果表明，莱因衣藻、纤细裸藻对苯胺、三唑磷有较强的耐性，能够降解苯胺， 三唑磷，对水环境苯胺、三唑磷的归趋具有显著的作用，同时对三唑磷有很强的积 累作用，通过食物链可转移到上个营养级，产生生物放大作用，对水生态及人类 健康产生更大的影响，对于评价有毒有机污染物在水环境中的行为，以及生物修复 机理具有重要的意义。 关键词：苯胺；三唑磷；藻类；积累；降解 a b s t i a c t a n j l i n ei su s e di nan u m b e ro fm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s ，e s p e c i a l l yi nd y ei n d u s t r y ， a n di so n eo ft h ep r i o r i t yp o l l u t a l l t si nc h i n a t r i a z o p h o si so f g a n 叩h o s p h a t c sp e s t i c i d e ， a i l dt h ep r o d u c t i o ni si n c r e a s j n g 掣a d u a l l y t h e yh a v er e l a t i v e l yh j g hs o l u b i l i t yi l lw a t e r a n dl o wd e g r a d a b m t yi nt h c e n v i r o n m c t ，w h i c ha l l o w s i t r e a d i l ye n t e ra q u a t i c e n v i r o n m e n ta n dp o s e st h r e a to n a q u a t i ce c o s y s t e m s s ot 王l es t u d i e sa b o u tt 1 1 e b i o a c c u m u l a t i o n ，t h em e c h a n i s mo f b i o t r a n s f b 珊a t i o na n db j o d e g r a d a t i o no fa n i l i n ea r i d t r i a z o p h o si na l g a ea r ei m p o r t 柚tf o re v “u a t i n gt l l ef a t ei ne n v i m 肿e n t 锄ds a f c t yo f e c o l o g y _ t h i sr e s e a f c hw a sc a r r i e do u tt oi n v e s t i g a t et h er e s p o n s e so fa n t i o x i d a n ta n d t f a n s f o 姗a t i o ne n z y m e si nc r 缸州如研d n 口sr e 胁矗口耐打f ，“g k n 口目c 访童t oa n 主l j n ea i l d t r i a z o p h o s w i t ht h e 觚i l i n et r e a t m e n t ( o 一5 0m l ) ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a ti h ea c t i v j t i e s o fp e r o x i d a s e ( p o d ) a l l dn a c e t y l t r a n s f e r a s e ( n a t ) o fc 陀f 砌口以嘶w a se n h a i i c c di n i 卸g co f0 5 0m la n di n l l i b i t e di nr 弛g co f5 0 一1 0 0m g ，l i nc o n 仃鹊t ，s u p e r o x i d e d i s m u t a s e ( s o d ) s h o w e dp o s i t i v er e l a t i o n s h i pw i mt h ei n c r e a s eo f 也ec o n c e n t i a t i o no f a 王l i l i n e0 = o 0 0 4 9 ) t h ea c t i v i t yo fp o da n ds 0 do feg 眦c f 凰u d e rt h ca u t o t r o p h i c c o n d i t i o nw a se n h a n c e dj nm n g eo f0 2 0m la i l di n h i b i t e dj nr a n g eo f2 0 5 0m g l t 1 l ea c t j v j t i e so fn a tw a se n h 锄c e di nr a i l g co f0 3 0m la n di n h i b j t e dj n 啪g eo f3 0 5 0m g 几；u n d e fh e t e m t r o p h j cc o n d i t j o n ，m ea c t i v i t yo fp o do fe g r 口c f 陆w 越 e l l l l a l l c e dj nr a n g eo f0 3 0m g la n di n h i b j t e di nr a n g eo f3 0 一5 0m g ，l s o d ，n a t s h o w e dp o s i t i v er e l a t j o n s h i pw i t hi h ei n c r e a s eo ft h ec o n c e n t r a t i o no fa n i l i n e 、矾t l lt 1 1 e t r e a t m e n to f 缸a z o p h o s0 2 0m lt h ea c t i v i t yo fp o da l l ds 0 do fc j 加 口础打w a s c n h a i l c e di nm g eo f0 1 5m la n di n h i b i t e di nr a n g eo f1 5 2 0m g ，l a i l dt h e a c t j v i t yo f0 p h ( o r g a n o p h o s p h o r u sh y d r o l a s e ) e n h a n c e di nr a n g eo f0 1 0m g la i l d i n h i b i t e di n 枷g eo f1 0 2 0m lp o d o f e g r 痒c 饥5s h o w e dp o s i t i v er e l a t j o n s h i pw i t h t h ei n c r e a s eo f l h ec o n c e n t r a t i o no ft r i a z o p h o s ( p = o 0 0 7 1 ) 1 1 h ea c t j v i t yo fs o da n d0 p h o fe 若r 矗c 讲5w a se n h a n c e di nr a n g eo fo 一2 0m g ，la n di n h j b i t e di nm n g eo f2 0 4 0 m lt h et o l e r a n c eo fc 坨曲n 砌f i ，g r n c i 如f o ra n m n ea n dt r i a z o p h o sw a sh i 曲e rt h a n 劬圮曲d c o c c 淞艮o p o 妇摊曲a n d n 饵c h 缸弘胁砌阳( e c 5 0f o ra n i l 王n ew e r e7 0 ，4 5m 以 r e s p e c t i v e l y ；e c 5 0f o rt r i a z o p h o sw e r el l ，2 2m 影l ，f e s p e d j v e l y ) ，n ei n d u d i o no f e n v m a t i ca c t i v n i e so fa i l t i o x 珀a 1 1 ts y s t e ma n dt r a n s f o 彻a t i o ne n z y m e sw e r et h eb a s j sf o r t h et o l e r a j l c eo fa l g a et ot h et o x i c a n f s t h er e s e a r c h o fb i o d e 舯d a t i o no fa n i j i n eo fc 旭m 口础f fa l l de u d 胁w a s i v e s t i g a t e d ：a il om g ，i 。o ft h 。i n i t i a lc o n c c n r a l i o no fa l l i l i n e ，t h ea l 萨es h a w e da b j l i t y t or c j n o v ea i l dm e t a b o l i z ea m n e h8d a v 1 2 柚d2 4 o fa l l i l j n ew 鹞 b i o a c c u m u l a l e da n dd e g r a d e db yc 枷l 口砌打r e s p e c t i v dy o 6 a n d6 o fa l l i l i n e w a sb i o a c c u m u l a t e d强dd e 掣a d e db yeg 阳c f 舾 u n d e ra u t o t m p h i cc o n d i t i 伽 r e s p e c t i v e i y ，a n d3 a n d 5 2 d fa l l i l i n ew a sb i o a c c u m u l a t e da n dd e g r a d e db y 上l g ，口c f f 括 u n d e th e t e r o t r o p h i cc o n d i t i o n c ”o c h r o m ep - 4 5 0w a st h ek e ye n z y m ei nt h em e t a b o l i c p a t h w a y a n dt h eb i o d e g r a d a t i o np r o d u c tw a sa c e t y l a m i n o b e n z c n e a ! l da t1 0m g 儿o f 如ei n i t i a lo o n c e t f a t i o no ft r i a z o p h o s ，3 5 3 ，4 4 6 ，9 8 o f t r i a z o p h o sw a sd e 蓼a d e db yc 陀f 口础蕾eg 阳c f z 妨& 把叩d “e 船坞r e s p e c t i v e l y 3 2 3 ， 1 3 9 ， 2 0 o o ft r j a z o p h o sw a sb i o a c c u m u l a t e d b yc r e f 蛔础喝e g ，口c f z 琏 s 跆掣o “e n s 趣r e s p e c “v e ly d e 粤a d a t i o nk i n c t i c so ft r i a z o p h o sb yeg r 8 c f ! 括f i t t e dt h e f j r s t - o r d e rk i n e l i c se q u a t i o n ，a n dt h o s eo fc 陀胁厅口栅矗a i l dik d p d 矗蹦mf i t t e dt h c s e c o n d - o r d e rk j n e t i c s e q u a t j o n d - e 蛳l d j 脚叫一肛l z 4 打妇功l 3 叫 肋唧 啪蛳疵咖甜，口h 洫i st h ef i n a lp m d u c 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i o n ；b i o d e g r a d a t i o n 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 储张膨1 日期：修年 学位论文版权使用授权书 月7 日 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期：一 年，月n 日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。回童迨塞坦童卮进厦! 匡缝生；旦二生i 旦三生筮壶! 锄虢书多 导师签名：叮。留 b 甥：渺年ja | 1 日 口i 哆吖够 f 戤 师期 争日 引b 涨伽 娩 巾 惜嘲 第一章文献综述 第一节苯胺 苯胺是农药、染料、塑料和医药等众多合成工业的重要原料之一，是一种用途 十分广泛的有机化工( 农药、染料) 生产过程的中问体，广泛应用于燃料、医药、 橡胶助剂、农药及精细化工中间体的生产“1 1 。随着工业的发展，排入环境中的苯胺 在逐年的增多，其适中的水中溶解度和较小k o w 数值有利于溶解态的苯胺在土壤的 地表或地下水中进行迁移从而污染水体0 3 。排入水体中的苯胺具有很强的毒性并抑 制水生动植物的生长。苯胺可直接作用于肝细胞，引起中毒性肝病；也可因大量溶 血作用使红细胞破坏，血红蛋白及含铁血黄素等沉积于肝脏而引起肝损伤”3 。研究 结果表明，苯胺不仅是导致人患膀胱癌的强致癌物，而且对人体血液和神经的毒性 也非常强烈，中国环境监测总站根据有机化合物的污染特征及分布，已将苯胺列为 我国环境优先控制的有机污染物“1 。 因此苯胺在水生态系统中的生物富集、转化以及毒性效应曰益受到关注，各国 研究机构对其作用机理、环境行为及安全性评价进行了深入广泛的研究。本节就有 关苯胺的基本理化性质及其环境行为研究作简要介绍。 1 苯胺的基本特点 l 。l 理化性质 表1 1 苯胺的理化性质 t a b l e1 1t h eb a s i cp r o p e r t i e so fa n i l i n e i s o 通用名a n i l i n e 中文通用名 阿尼林油 化学名字 苯胺 化学类别 一级芳香胺 化学结构式 n h 2 分子式 c 6 h 5 n h 2 相对密度10 2 ( 2 0 4 ) 用途 化工原料 物理形状、颜色 无色油状液体 气味特殊臭味 熔点一6 3 沸点 1 8 4 k o wo 9 8 毒性大 溶解度 水中溶解度3 4 ( 2 0 ) ，易溶于乙醇、苯、乙醚、氯仿等有机溶剂 稳定性接触空气和光线后变黑，加热至3 7 0 分解，与氧化物发生剧烈反 应，不能与硝酸、硝基苯+ 甘油、发烟硫酸、臭氧、过氯酸+ 甲醛、 过氧化钾、过氧化钠等许多物质共存，遇热、明火可燃 分子量 9 3 1 2 闪点 7 0 ( 闭环) 自燃点 6 1 5 蒸气密度 3 2 2 蒸气压 1 m m h g ( 3 4 8 ) 接触机会-印染、染料制造、硫化橡胶、照相显影剂、溶剂、生产树脂、制药 等工业 侵入途径 苯胺对血液和神经的毒性非常强烈，可经皮肤吸收或经呼吸道引起 中毒，苯胺经皮肤或呼吸道进入体内经芳香环的羟基化作用转化为 对、邻、间氨基酚、苯氨基磺酸及乙酰苯胺，最后由尿排出 毒理学特性 大鼠经口【d s o ：2 5 0 m g ，k g ；吸入l c5 0 ：2 5 0 p p n 以h ；小鼠经口l d 5 0 ： 4 6 4m 舭g ；吸入l c 5 0 ：1 7 5p p m 厂m ； 兔经皮l d 5 0 ：8 2 0u 【扯g ： 人吸入o 3 o 6m 岛1h 无影响； 人口服m l d ：3 5 0 m g 小g 。 苯胺不仅是导致人患膀胱癌的强致癌物，而且对人体血液和神经的 毒性也非常强烈。通过皮肤、呼吸道和消化道侵入人体，临床表现 主要为高铁血红蛋白血症、溶血，严重者有肝、肾损害，尿中对氨 基酚测定可作为生物接触指标之。 2 1 2 产量 目前，全世界每年排入环境中的苯胺约有3 0 0 0 0 吨，随着化工工业的发展，苯 胺的需求呈明显上升趋势，由此进入环境的量也越来越多，对环境的毒害也越来越 大，表1 2 表示我国今年苯胺的产量，可见对苯胺的需求在逐年增加，到2 0 0 4 年， 我国苯胺总产能已经达到4 8 3 万t ，实际产能约在3 8 万t 左右，2 0 0 5 年产量已达到 5 0 万吨左右，总年产能力约为5 3 5 万吨左右。 表1 2 我国近年苯胺产量 t a b l e1 21 1 1 ep m d u c t i o n0 fa n j l i n e 2 0 0 1 年2 0 0 2 年2 0 0 3 年2 0 0 4 年 产量( t )2 1 8 3 0 0 2 6 9 0 0 0 进口量( t ) 1 0 4 3 94 5 2 4 1 出口量( 1 )9 4 66 5 4 2 苯胺对水生生物的毒理学效应 3 5 0 0 0 0 2 3 7 5 2 3 5 7 3 3 8 0 0 0 0 4 0 8 4 3 9 9 5 6 苯胺是剧毒致癌物，排入水体中的苯胺具有很强的毒性并抑制水生动植物的生 长，沿海化学工业的排污和溢漏常造成局部海域严重污染，导致海洋生物大量死亡， 严重危害水产养殖业，并对人体健康有潜在危害，苯胺主要对高等动物的血液、肝 及中枢神经有毒害作用”1 1 。苯胺对水生生物毒性毒理研究在国外已有报道”。有 研究表明，苯胺对两种海洋藻盐藻( m 巧删o n 口5s p ) ，三角褐指藻( 讹印如田m m r ，f c d 埘“m 小，肌f d 有明显的毒性作用，盐藻4 8he c 5 0 = 3 0m g ，】b9 6he c 5 0 = 1 2 5m g 儿 l c 5 0 = 1 3m g 皿三角褐指藻的4 8he c 5 0 = 2 5m g 几9 6 he c 5 0 = 9m g 儿l c 如= 0 9 m l 1 。苯胺对斜生栅藻( s c e h d 黜n 淞d 6 坼淞) 的毒性1 9 e c 5 0 为2 5 6 “1 。锯缘青 蟹在低浓度苯胺( o 5 3 0 0 m g l ) 中，1 0 d 内能存活，仅有少量死亡，摄食量明显减 少，锯缘青蟹在高浓度苯胺( 6 3 5 0 0 m g l ) 中，呈现出急性中毒效应，其2 4 h l c 5 0 为1 5 1 6 9 m g l ；4 8 h l c 5 0 为9 1 2 5 2 m g l ，中毒症状表现为运动失调，口吐黏 液，螯足乱剪，自残足肢，步足脱落，倒卧不动，继之死亡，锯缘青蟹体内苯胺的 含量达到1 0 1 4 2m g k g 时，有5 0 的死亡率，大于1 6 9 0 4m g k g 则全部死亡，锯 缘青蟹的苯胺富集因子基本接近1 6 “。苯胺对蝌蚪的2 4h 急性毒性数据1 9 l c 5 0 为 2 。1 2 “。苯胺对发光菌( - l 萨c 5 。) ，大型蚤( - l 班c 5 0 ) ，呆鲦鱼( - 1 9 l c 5 0 ) 的毒性分别 为3 3 9 ，3 4 0 ，3 t 2 5 “。苯胺对大型蚤的毒性为l c 5 0 为2 0 5 5 6m l i “。 3 苯胺在水体中的生物降解 3 1 微生物对苯胺的降解 3 1 1 细菌对苯胺的降解 由于苯胺及其衍生物对生态生物的毒性，被列为环境优先控制污染物，研究苯 胺的降解性能具有十分重要的意义，不仅有助于深入认识苯胺在环境中的迁移、转 化规律和了解它对自然界物质循环的影响程度，从而为控制污染、保护环境提供理 论依据，还可以为含有苯胺类有机污染物的有机废水的生物处理提供根据。 目前，国内外许多学者分离出能降解苯胺的细菌，并对其降解机理进行了研究， 例如：s c i l i l e l ls 发现，在厌氧条件下，苯胺脱硫杆菌( d 嚣“蜘6 口c 灯r f 嘲j 抖f f 协f ) 首 先使苯胺羧基化形成对氨基苯甲酸，然后进行还原脱氨“”；勘砒啦，等人证明诺卡 氏菌( 函c 痒耐f 4 ) 首先通过苯胺双加氧酶的催化使苯胺形成邻苯二酚，进而通过邻 苯二酚一1 2 一双加氧酶或邻苯二酚一2 3 一双加氧酶的作用开环，最终形成可为微 生物利用的化合物“；章健等获得2 株可以以苯胺为唯一生长氮源和碳源且能高效 降解苯胺的细菌，分别为假单胞杆菌( 风g h 如川口 口ss p z d 一1 3 ) 和芽孢杆菌口c f 池ss p s a 9 ) 。在含2 0 0m 班、5 0 0m g ，i 蓐胺的培养基中，2 8 下振荡培养4 8h ，苯胺降解率 均为1 0 0 ，而在含1 0 0 0m g l 、1 5 0 0m g ，l 、2 0 0 0m g ，l 苯胺的培养基中，2 8 下振荡 培养4 8 h ，苯胺降解率分别大于8 0 、6 0 和4 0 “”。刘志培等人从活性污泥中分离 到一株能以苯胺为唯一氮源生长，同时降解苯胺的细菌g 7 经鉴别认定为芽孢杆菌 口c f 肋s ) ，并研究了该菌的生理生化特征，又分离了一株能以苯胺为唯一氮源、碳 源的细菌a n 3 “”；周大石等人报道了一株a n l 2 菌株，能降解苯胺，但不能以苯胺 为氮源和碳源，可能只是一种共代谢作用。李尔炀等报道的是一株能以苯胺为唯 一碳源、氮源和能源生长，同时降解苯胺的细菌，并研究了该菌株降解苯胺的生理 生化特征该菌鉴定为节杆菌错( 4 ，确，曲4 c 把r 甜) ，该菌降解苯胺的最高浓度为2 0 4 4 m g l ，菌株降解苯胺的最适p h 值、温度分别为7 o 和3 0 ，最适苯胺浓度为1 0 2 2 m g l 。在此条件下，4 8h 苯胺的降解率可达9 4 7 o “。研究发现，降解苯胺的菌株 还有诺卡氏菌( 肋c 口r d 缸) ，假单孢菌a k 2 0 菌株( p s “幻m o n 4 s ) ，人苍白杆菌 ( d c ，d 蚰c 舢州口，l 肪m 口i ) ，乙酸钙不动杆菌( 爿c e r 幻6 口埘c a f ( 0 c 口c e f 配“5 ) ，红串 红球菌( 融。如c 口c c “s w 柝m p d 加) ，产碱杆菌f c n 妇e n 舀) ，斜生栅藻( s c e h e d e 伽“s d m ，“) 。2 ”。生物降解是消除环境中苯胺的重要方式之一啪1 。 3 1 2 真菌对苯胺的降解 镰刀霉和根霉菌能利用苯胺作为唯一的氮源、碳源和能源，产物是儿茶酚和乙 酰苯胺，镰刀霉在3 0 天内能利用7 0 的1 0 姗o l 苯胺，并产生3 5 5m m 氨水。根 4 霉菌在3 0 天内能利用6 5 的1 0m m o l 苯胺，真菌能够转化苯胺为n 一甲酸基、n 一 丙二酰脲、n 乙酰化、n 琥珀酰、n 羟基卤化物、n 糖基等结合物2 “， 3 1 3 植物对苯胺的降解 高等植物能够吸收和解毒苯胺。对苯胺的转化在无菌的玉米种子、四季豆、豌 豆、南瓜里已有所研究 2 9 】。研究发现，首先是苯环的羟基化，然后是苯环的裂解， 降解为有机酸进入三羧酸循环，同时释放c 0 2 ；另外结合上小分子量的缩氨酸也是 植物对芳香化合物的主要解毒途径。 3 1 4 动物对苯胺的降解 苯胺在斑马鱼体内的代谢已经被研究了而且苯胺在斑马鱼体内的转化产物通过 h p l c 检测是乙酰苯胺。同样苯胺在青鳙体内的转化也有了研究，研究表明在苯胺 的代谢中极性结合物是主要的代谢产物。”。 3 2 苯胺的生物转化途径 在好氧条件下，苯胺的微生物降解可以通过两种代谢途径，即邻位( o n h o ) 和 间位( m e t a ) 代谢途径，分别由邻苯二酚1 ，2 - 力口双氧酶或邻苯二酚2 ，3 - 力口双氧酶 催化。这两种途径的前两步反应是相同的，都是将苯胺氧化成邻苯二酚，邻苯二酚 以后的反应则不相同。当苯胺通过邻位代谢途径时，在两个羟基之间切割邻苯二酚， 再经多步反应产生三羧酸循环的中间代谢产物琥珀酸和乙酰辅酶a 。当苯胺通过间 位代谢时，在其中一个羟基的旁侧切割儿茶酚。最后产生丙酮酸和乙醛。食酸从毛 单胞菌a n l 3 菌株的加双氧酶属于诱导酶，除苯胺外，它还可以降解乙酰苯胺，它 可以通过邻位代谢途径降解苯胺。假单胞菌的某些菌株可以通过间位代谢途径降解 苯胺，诺卡氏菌通过加双氧酶反应将苯胺转化为邻苯二酚，进而既可以通过邻位代 谢途径也可以通过间位代谢途径降解邻苯二酚。刘志培等推测食酸丛毛单胞菌a n 3 菌株降解苯胺的代谢途径如下图“” 图1 1 食酸丛毛单胞菌a n 3 菌株降解苯胺的代谢途径 f i g1 1t h em e t a b o l i z i i l gp a t h w a yo fa n i l i n eb yb a c t e r i u ma n 3 在厌氧条件下，苯胺脱硫杆菌首先是苯胺羟基化形成对氨基苯甲酸，然后进行 还原脱氨。 原核微生物和真核微生物对苯胺的微生物降解都需要氧气的参与，产生氧化 酶，使苯环降解。微生物加氧酶有两种，即单加氧酶和双加氧酶。丝状真菌一般产 生单加氧酶，对苯胺降解的第一步是苯环的裂解，把一个氧原子加到底物中形成芳 烃化合物，继而氧化成反式双氢乙醇和酚类。细菌主要是产生双加氧酶，对苯胺的 降解第一步是苯环的裂解，把两个氧原子加到底物中形成双氧乙炔，进一步氧化成 双氢乙醇，双氢乙醇可继续氧化为儿茶酚，原几茶酚和龙胆紫等中间代谢物，接着 苯环断开，进入三羧酸循环。 苯胺除了在芳香族羟化外，还可以进行n 羟化反应形成羟基苯胺，可使血红蛋 白氧化成高铁血红蛋白。此外，真菌中的白腐菌对芳香族化合物有很强的降解力。 在人和大多数哺乳动物中常见的反应类型如下： 1 葡萄糖醛酸结合，形成n 葡萄糖醛酸化物 2 硫酸结合，形成n 苯基氨基磺酸酯 6 3 乙酰化，形成n 乙酰氨 不同的微生物降解苯胺的途径不同，表明苯胺微生物降解代谢的多样性，生物 细胞中所有反应都是由酶催化迸行的，因此，可测定细胞中所含酶类来分析苯胺的 降解代谢途径。 3 3 藻类对有机物的降解和转化 藻类作为水体生态系统的重要成员，对苯胺的环境归趋有重要的作用。单细胞 藻类被视为最简单的光合作用有机体，几乎从生命诞生时代起就在生物圈中起着为 大气和水体增氧的作用。据研究地球上大约9 0 释放的氧是由藻类完成的，这为随 之而来的动物和人类的起源和发展作出了极其重要的贡献。“。随着科学技术的发 展，藻类在环境科学领域的应用日益增多。首先单细胞藻类具有光合作用能力，其 光合作用效率是一般高等植物的5 倍，这在减少引起全球气候变化的温室气体二氧 化碳和增加大气中的氧气具有重要意义。 研究发现，藻类具有降解和积累有机污染物的能力。阎海等通过实验证实蛋白 核小球藻具备很强的降解邻苯二甲酸酯类的能力，并提出了藻类降解有机污染物的 动力学方程。此后，又选择了在自然水域中广泛分布的典型绿藻斜生栅藻( s c 朋甜韶 m “j 0 6 妇n 淞) 进行了降解d m p 和苯胺的实验，发现斜生栅藻对d m p 有很强的降 解能力，在3 0 0 和7 0 0 初始浓度下，5d 时间内，目平均降解量分别为1 2 o 和4 2 6 m g l ，实验结果表明，斜生栅藻对苯胺也有一定的降解能力，在1 0 0 和2 0 0 m g l 初始浓度下，6 d 时间内，日平均降解量分别为2 4 和4 3 m g l 。2 。”，斜生栅藻还 具备降解苯酚的能力，在苯酚初始浓度为2 0 0m g l 下，5 d 内被全部降解，日平 均降解速率达4 0 o m g l o 在初始浓度为4 0 0 m g l 下6d 时间内日平均降解速率 为7 5 m g l ，降解率为1 1 t 3 。赵丽。4 1 等以4 一乙基酚为研究对象。分四个系列浓 度组研究其在单歧藻作用下的可降解性及影响因素，单歧藻可降解4 一乙基酚，其降 解速率与藻细胞浓度和有机物初始浓度有关。“。 孙红文等研究表明，藻类和有机污染物相互作用，高浓度时有机污染物显示出 对藻类的毒性，并且藻类也对污染物毒性有不同的灵敏度，藻类可以通过生物积累 和生物降解去除污染物，虽然有时降解速度比较慢，但是藻类可以降解所有的污染 物3 “。 欧晓明等研究了蛋白核小球藻对h n p c - 一a 9 9 0 8 的富集与降解，结果表明蛋白 核小球藻具有降解h n p o a 9 9 0 8 的能力，在2 0 、1 0 0 、4 0 0m 肌的浓度下，5d 内h n p c a 9 9 0 8 的降解率分别为9 0 5 0 、6 6 0 2 和4 3 1 9 ，日平均降解率分别 7 为3 6 0 、1 3 2 0 、3 4 5 5m g l 1 。勋6 缈口曲fn 以d 月fr f j 懒n 研究表明，藻类可以降解环 境中的一些污染物见表1 3 。 表1 3 藻类对杀虫剂的生物积累和生物转化 t a b l e1 _ 3n eb i o a c c u m u l a i i o na n db i o d c g r a d a t i o no f p e s t i c j d eb ya l g a e 生物体内的生物转化一般分为i 、i i 两个连续的过程，在过程i 中，外源化合物 在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解反应改变其化学结构，形成某些活性 基团( 如0 h 、s h 、c 0 0 h 、n h 2 ) 或进一步使这些活性基团暴露。在过程i i 中 ( 又称相i i 反应) 相i 反应产生的级代谢物在另外的一些酶系统催化下通过上述 活性基团与细胞内的某些化合物结合，生成结合产物( 二级代谢物) 。结合产物的 极性( 亲水性) 一般有所增强，利于排出。有研究表明，在单细胞的绿藻劬肠陀加 5 d r d f ，l f 口 口裙劬d r e j 肠五盯c 口细胞色素p 4 5 0 系统在除草剂的转化中起着重要作用。1 淡水绿藻sc 口芦r 缸d r n “t “晰对苯并比的代谢是通过双加氧酶，然后代谢物与硫酸盐 或葡萄糖形成结合物排出体外“”“1 。对于植物而言，谷胱甘肽结合物是有机外源物 的主要代谢物“。 4 前人结果讨论 在水环境中，苯胺的生物浓缩和生物放大作用并不是很明显。苯胺的降解主要 是通过化学降解和生物降解途径。苯胺既可以通过直接的毒性作用，也可以通过食 物链间接作用对水生生物种群产生影响，作为水生生态系统初级生产者的藻类，分 布广泛，在水体食物链中起重要作用。关于苯胺的降解，微生物的研究已经很多了， 8 而且降解的途径也有所了解，但作为水生态系统的重要成员一一藻类对苯胺的降解 还未见报道。在今后的研究中，有必要更深入了解苯胺在水环境的降解产物对水生 态系统的影响。 9 第二节三唑磷 三唑磷( t r i a z o p h o s ) 是一种广谱性硫代磷酸酯类杀虫杀螨剂，化学名称为0 ， 0 一二乙基一0 一卜苯基一l ，2 ，4 一三唑基一3 一硫代磷酸酯。1 9 7 1 年由联邦德国赫司特公 司( h o e c h s ta g ) 首先开发，2 0 世纪末引入中国，主要用于果树、棉花、禾谷类 作物，三唑磷对害虫有触杀、胃毒作用兼具一定内吸作用，主要用于防治蚜虫、 叶蝉、鳞翅目幼虫、叶螨等，还可防治土壤害虫兼治侵染叶部的线虫“，三唑磷是 目前世界上广泛使用的化学杀虫剂，2 0 0 3 年我国的年产量达2 6 1 1 5 吨，而且三唑 磷已经开始取代高毒性农药的使用，用量在逐年增长，是长江流域防治水稻螟虫的 主打药品。但是，三唑磷农药半衰期较长( 达4 0 天) ，在农业上的大量使用必然通 过地表径流进入水体，对水生态系统造成威胁。藻类是水生态系统的初级生产者， 并与水体生源要素循环、溶氧变化直接相关，是水生态系统的重要成员。水体中的 三唑磷污染物一方面对藻类产生毒性效应，另一方面藻类也对三唑磷在水环境的行 为产生影响。如藻类细胞吸收三唑磷后，对三唑磷的降解效率不仅对于评估其在水 环境中的半衰期，也对评估其在食物链中的生物放大作用以及对摄食者的毒性效应 有重要意义。本节就有关三唑磷的基本理化性质及其环境行为研究概况作一简介。 1 三唑磷的基本特点 表1 4 三唑磷的理化性质 t a b l e1 41 r h eb a s j cp r 叩e n j e so f t r i a z o p h o s 中文通用名称三唑磷 英文通用名称 t i i a z 叩h o s ( i s o ，b s l ) 商品名称 h o s i a l h i o n ；三唑磷；p h e n m o p h o s 其他名称 e o e2 9 6 0 ：三唑硫磷 化学名称 0 ，0 一二乙基一o 一1 一苯基一1 ，2 ，4 一三唑一3 一硫代磷 o ，o d i e h y l 一o 一( 1 一p h e n y l 一1 ，2 ，4 一i r i a z o l 一3 一) t h i o p h o s p h a t e 1 0 结构式 一 分子式c 】2 h 1 斟如3 p s 分子量 3 1 3 3 理化性质纯品为淡棕色液体，熔点0 5 ；在3 0 时，蒸气压为o 3 8 7 p a 。2 3 时水中的的溶解度为3 9m g 几；可溶于大多数有机溶剂。2 0 时在下列溶 剂中的溶解度( 1 0 01 1 1 1 ) 分别为：乙醇3 0 ；甲苯3 0 ；正已烷0 。7 ；丙酮 o 1 ：二氯甲烷小于o 1 ；乙酸乙酯2 3 0 1 。对光稳定，在酸碱介质中水解： 2 0 0 分解：具有典型的磷酸酯特性。 毒性国外毒性分类w h o i b 中国毒性分类中等毒性农药 大鼠急性口服l d 为8 2 i r 蚍g ，经皮l d 5 0 为1 1 0 0 m g 瓜g ；狗l d s o 为3 2 0 m g k g ；兔每天在2 5m 班g 剂量中暴露5 天没有出现皮肤中毒；用 1 0 0 m 非g ；三唑磷饲喂狗3 个月，仅对狗的胆碱酯酶的活性有些抑制作用； 对大鼠的两年饲养试验，无作用剂量为1r i 培肚g ；鱼u c l 0 0 ( 4 8 小时) 值： 鲫鱼8 4r r 培，l ，鲤鱼为1m g 见。对蜜蜂、鱼均有毒：水生生物l c 5 0 ( 9 6 小时m g 舯鲤鱼5 6 ，金雅罗鱼1