（环境科学专业论文）降解壬基酚和双酚a细菌的分离、鉴定和降解性质研究.pdf

d e g r e ep a p e ro fm a s t e rc a n d i d a t ei n2 0 1 0 u n i v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 e n r o h m e n n tn u m b e r ：y s 5 1 0 7 0 8 0 2 0 4 l ea s tch i n an o r ma lu n i v e r s i t y i s o l a t i o n ，i d e n t i f i c a t i o na n dd e g r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s o ft w ob a c t e r i a ls t r a i n sd e g r a d i n gn pa n db p a d e p a r t m e n t ： p r o g r a m ： e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e r e s e a r c ha r e a ：t h e t e c h n o l o g y a n d a p p l i c a t i o n _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 一一一_ _ _ - 。- _ _ o o _ 。一 o fe n v i r o n m e n t a lm i c r o b e s u p e r v i s o r ：墨墨q 堡i 鱼! 曼里! q ：x i 型鱼堕l i c a n d i d a t e ： a p r , 2 0 1 0 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交眵学位论文陷锚谚鲫历铈踟趟纽确豸i c 够砀乞 是在华东师范大学攻读砀生博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究- - r - _ 作 作者签名：稿佟 日期：圳哞钿矽日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 凸 确铷汹锦犏锨黝钢删系本人在蜊谳学攻读 学位期问在导师指导下完成的五班博壬酯勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华东 师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管 部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网 送交学位论文的印刷版和电子版；允 许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入 全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版， 采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( 彩经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密”学位论文 ， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( 力2 不保密，适用上述授权。 导师签名李季栖本人签名茼住、 矽l o 年弓月3 ) 日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上 述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用 上述授权) o 蒋俊硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 工j 1 内己智各髫岣獭左撕衢修磷妒 多笙秽 9 玉馘鳓锋摒尧婚巧帆惫拗 妻细浮 移搓 留学忤花燎缪舳骼 爱阮生 毅搓 撕琵榭辫像牙糖吾 。妒土成秀倒萋警旦爝许伽斗学畚 摘要 环境激素被公认为“第三代环境污染物。而壬基酚( n o n y l p h e n o l ，简称n p ) 和双酚 a ( b i s p h e n o la ，简称b p a ) ，是其中有代表性的环境内分泌干扰物。生物降解是自然环 境中消除n p 和b p a 污染最有效途径之一，因此，开展n p 和b p a 生物降解的研究具有重 要的意义。本文对上海天山污水处理厂氧化沟的活性污泥进行驯化，从中分离纯化并筛 选得到能分别以n p 和b p a 为唯一碳源和能源生长的降解菌株n 1 、n 2 、n 3 和b 2 ，利用紫 外分光光度法定量检测n p 和b p a 的残留率，主要采用j 下交设计探讨了其降解性能，选用 m o n o d 方程作为描述菌株降解动力学的模型。主要研究结果表明： ( 1 ) 通过摇瓶实验并借助正交试验对菌株的降解条件进行了优化，n 1 降解n p 最佳 条件为：3 5 ，初始p h5 5 ，无机盐培养液中n p 起始浓度为1 0m g l ，降解2 4h ，降解 率达7 9 6 4 ；n 2 降解n p 最适条件为：3 0 ，初始p h7 o ，无机盐培养液中n p 起始浓度 为1 0m g l ，降解2 4h ，降解率达7 1 0 4 ；n 3 降解n p 最好条件为：3 5 ，初始p h5 5 ， 无机盐培养液中n p 起始浓度为2 0m g l ，降解2 4h ，降解率达6 7 5 5 ；b 2 降解b p a 最优 条件为：3 0 ，初始p h7 0 ，无机盐培养液中b p a 起始浓度为1 0m g l ，降解2 4h ，降解 率达7 8 6 8 。 ( 2 ) 在上述优化温度和初始p h 条件下，分别对n 1 、n 2 、n 3 和b 2 在不同n p 和b p a 起始浓度下的降解反应过程进行动力学分析，该降解过程在底物浓度为5 4 0m g l 时符 合m o n o d 方程，n 1 、n 2 、n 3 和b 2 的动力学参数k s 依次为4 3 2 、4 6 6 、5 1 1 和8 3 6 ，依 次为0 1 7 7 8 、0 1 0 8 6 、0 1 8 2 3 和0 1 1 1 9 。 ( 3 ) 对降解率最高的n 1 和b 2 进行菌种鉴定，根据菌株的1 6 sr d n a 序列同源性 分析，再结合菌落和菌体形态以及生理生化特征，初步鉴定n 1 为c i t r o b a c t e r s p 5 7 ( 柠 檬酸杆菌属一种) ，b 2 为b a c i l l u s s p a 1 3 ( 芽孢杆菌属一种) 。这两株分别降解壬基酚和 双酚a 的细菌本研究为首次报道，具有一定的应用价值和推广潜力。 关键词：降解菌；壬基酚；双酚a ；降解性能 a b s t r a c t e n v i r o n m e n t a lh o r m o n e ，w a sg e n e r a l l yc o n s i d e r e da st h et h i r dg e n e r a t e de n v i r o n m e n t a l p o l l u t a n t s n pa n db p a w e r et w or e p r e s e n t a t i v ee e d s b i o d e g r a d a t i o no fn pa n db p aw a s o n eo ft h em o s te f f e c t i v ew a y st or e m o v en pa n db p ai nn a t u r a le n v i r o n m e n t t h u s ，i tw a sa n i m p o r t a n tm e a n i n gt oc o n d u c tt h er e s e a r c ho fb i o d e g r a d a t i o no fn pa n db p a i nt h i sp a p e r , b a c t e r i a ls t r a i n sd e s i g n a t e da sn1 、n 2 、n 3a n db 2w e r ei s o l a t e d ，p u r i f i e da n ds o r t e df r o m a c c l i m a t e da c t i v a t e ds l u d g ei no x i d a t i o nd i t c ho fs h a n g h a it i a n s h a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n tw i t hn pa n db p aa st h es o l ec a r b o na n de n e r g ys o u r c er e s p e c t i v e l y t h er e s i d u a lr a t eo f n pa n db p aw a sq u a n t i t a t i v ed e t e c t e db yu vs p e c t r o p h o t o m e t r y t h ed e g r a d i n gc h a r a c t e r i s t i c s w e r em a i n l yd i s c u s s e db yo r t h o g o n a ld e s i g n m o n o de q u a t i o nw a sa d o p t e da st h ek i n e t i c s m o d e l t h er e s u l t sm a i n l ys h o w e dt h a t ： ( 1 ) t h ed e g r a d i n gc o n d i t i o n sf o rs t r a i nn1 、n 2 、n 3a n db 2w e r eo p t i m i z e db yt e s t si n s h a k i n gf l a s k sa n do r t h o g o n a lt e s t s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o rs t r a i n n 1d e g r a d i n gn pw e r e3 5 ，t h ei n i t i a lp h5 5 ，i n i t i f ln pc o n c e n t r a t i o n1 0m e g li n s a l t m e d i u m ，t h ed e g r a d a t i o nr a t er e a c h e d7 9 6 4 i n2 4h ；t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o rs t r a i nn 2 d e g r a d i n gn p w e r e3 0 ，t h ei n i t i a lp h7 0 ，i n i t i a ln pc o n c e n t r a t i o n10m g li ns a l tm e d i u m ， t h ed e g r a d a t i o nr a t er e a c h e d71 0 4 i n2 4h ：t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o rs t r a i nn 3d e g r a d i n g n pw e r e3 5 ，t h ei n i t i a lp h5 5 ，i n i t i a ln pc o n c e n t r a t i o n2 0m g li n s a l tm e d i u m ，t h e d e g r a d a t i o nr a t er e a c h e d6 7 5 5 i n2 4 h ；t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o rs t r a i nb 2d e g r a d i n gb p a w e r e3 0 c ，t h ei n i t i a l p h7 0 ，i n i t i a l b p ac o n c e n t r a t i o n1 0m g li n s a l tm e d i u m ，t h e d e g r a d a t i o nr a t er e a c h e d7 8 6 8 i n2 4h ( 2 ) b a s e do nt h ea b o v eo p t i m a lt e m p e r a t u r ea n di n i t i a lp hv a l u e ，t h ek i n e t i c sa n a l y s i s o fs t r a i nn1 、n 2 、n 3d e g r a d i n gn pa n ds t r a i nb 2d e g r a d i n gb p au n d e rd i f f e r e n ti n i t i a ln p a n db p ac o n c e n t r a t i o n sr e s p e c t i v e l ys h o w e dt h a tt h ed e g r a d a t i o nr e a c t i o nc o n f o r m e dt o m o n o de q u a t i o nw h e nt h ei n i t i a ls u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o n sw e r e 5 - 4 0 m g la n dt h ek i n e t i c p a r a m e t e r so fk sa n du m f r o ms t r a i nn 1 、n 2 、n 3a n db 2f o r t h em o d e lw e r e4 3 2 、4 6 6 、 5 1 l 、8 3 6a n do 1 7 7 8 、0 1 0 8 6 、0 1 8 2 3 、0 1 1 1 9 r e s p e c t i v e l y ( 3 ) s t r a i nn1a n db 2w e r ei d e n t i f i e dp r e l i m i n a r i l ya sc i t r o b a c t e rs p a n db a c i l l u ss p r e s p e c t i v e l ya c c o r d i n gt o t h e i rs e q u e n c ea n a l y s i so f16 sr d n aa sw e l la sm o r p h o l o g i c a l ， p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c s s u c ht w os t r a i n sw i t hc e r t a i na p p l i c a t i o nv a l u e a n dt h ep o t e n t i a lo fe x t e n s i o nw e r ef i r s tr e p o r t e d k e y w o r d s ：d e g r a d i n gb a c t e r i a ；n p ；b p a ；d e g r a d a t i o np r o p e r t i e s i i 目录 第一章绪论。 1 1 环境激素概述1 1 2 壬基酚和双酚a 简介。1 1 3 壬基酚的生物降解4 1 4 双酚a 的生物降解8 1 5 壬基酚和双酚a 其它主要去除方法1 0 1 6 选题意义和研究内容1 1 第二章污泥的驯化、降解菌的分离和纯化 2 1 引言1 4 2 2 材料与方法l4 2 3 结果与讨论1 6 2 4 本章小结2l 第三章壬基酚和双酚a 分析方法的确定及降解菌株的筛选2 2 3 1 引言2 2 3 2 材料与方法2 2 3 3 结果与讨论2 3 3 4 本章小结2 5 第四章壬基酚和双酚a 优势降解菌降解条件的优化。2 6 4 1 引言2 6 4 2 材料与方法2 6 4 3 结果与讨论2 8 4 4 本章小结3 7 第五章壬基酚和双酚a 的优势降解菌的降解动力学的研究3 9 5 1 引言3 9 5 2 材料与方法4 0 5 3 结果与讨论4 1 5 4 本章小结4 4 第六章壬基酚和双酚a 优势降解菌株的鉴定 6 1 引言一4 5 6 2 材料与方法4 6 6 3 结果与讨论4 8 6 4 本章小结5 l 第七章结论与展望。5 2 7 1 结论。5 2 7 2 建议与展望5 2 参考文献 硕士期间发表论文6 2 致谢 1 1 1 6 3 第一章绪论 1 1 环境激素概述 1 9 9 6 年3 月，美国出版了由前副总统戈尔作序的环境著作 o u rs t o l e nf u t u r e ) ) 一书 【l 】，书中尖锐指出水中的某些化学物质可能干扰包括人类在内的各种生物的内分泌系统， 描述了生物体长期暴露在低浓度的内分泌干扰物下的诸如野生动物雌性化、生殖生育能 力逐渐下降等潜在的危险，最早引起国际社会对环境激素的关注。2 0 0 0 年，我国国家自 然科学基金委员会以“环境类激素影响人类健康的机理”为重点项目予以招标，正式启 动了对环境激素类物质的大规模研究。内分泌干扰物已经成为继臭氧层空洞和地球变暖 之后的迫切需要治理的“第三代环境污染物 。 环境激素【1 。3 】( e a w i r o n m e n t a lh o r m o n e ) ，又称为环境内分泌干扰物( e n v i r o n m e n t a l e n d o c r i n ed i s r u p t o r s ，简称e e d s ) ，是指由于人类的生活和生产而释放到环境中的、对人 体内和动物体内原本营造的正常激素功能( 合成、分布、转运和代谢等过程) 施加影响， 从而引起内分泌系统众多生理生化功能改变的“外源性干扰内分泌的化学物质”。其作 用方式一般认为有以下三种：一是与生物体内的正常激素竞争靶细胞上的受体，并与雌 激素受体结合；二是与其他核心受体结合，从而影响体内正常雌激素的作用功能，对正 常雌激素的分泌产生阻碍作用；三是通过与其他受体结合或影响信号传导途径影响内分 泌系统和其他系统的互动作用，由此造成不良影响。 环境激素的毒性与一般化学毒物的不同之处在于，它们以极微小的含量便会产生巨 大的破坏力。普通的化学毒物通常是量越大其毒性才渐渐显现出来，而环境激素却具有 痕量即可产生巨大毒性的特点。2 0 0 2 年，s c i e n c e 报道了一类应用广泛的除草剂并属于 环境内分泌干扰物的阿特拉津，其在低于美国环保局饮用水标准( 3 p p b ) 1 3 0 的暴露剂 量下，导致了非洲爪蛙的性别改变，同时亦证实野生两栖动物数量急剧减少同广泛存在 于环境中的内分泌干扰物有很大的关系【4 】。 随着全球经济和社会的发展，常被用于化工原料的壬基酚( n o n y l p h e n o l ，简称n p ) 和双酚a ( b i s p h e n o la ，简称b p a ) ，随着生产和使用的进一步扩大，均已成为全球性污 染物，其明显的雌激素作用对环境的危害越来越受到世界各国政府和学术界的广泛关 注，n p 已成为联合国环境保护署制订的2 7 种优先控制的持久性有毒污染物之一。n p 和 b p a 被认为是有代表性的环境内分泌干扰物。 1 2 壬基酚和双酚a 简介 1 2 1 壬基酚简介 n p 的分子式为c 9 h 1 9 c 6 h 4 0 h ，相对分子量为2 2 0 ，是一类主要由直链对位壬基酚 ( 4 n p ) 组成的各种异构体的混合物。羟基和壬烷基在苯环上的位置主要是对位，其次 是邻位，壬烷基上碳原子的排列除了有直链外还有各种支链，从而形成n p 的各种同分异 构体，常见异构体结构式如图1 1 所示。n p 具有亲油性，易溶于丙酮，在水中溶解度仅 为5 4 3m g l t 5 1 ，为憎水性物质，这造成了它比较容易吸附于水体底部的淤泥并被浮游生 物摄取，在其体内蓄积，并通过食物链进入人体5 卅。 i 1 0 pq l 硝邸i c h 脚；哪即啦 、掣 直链对位壬基酚 o h 亘链邻位壬基酚 h 。口 f f 鹏c l , l c l l l 支链对位壬基酚 图1 - 1n p 常见异构体的结构式 f i g 1 1s t r u c t u r a lf o r m u l ao f t h en o r m a li s o m e r so f n p n p 是精细化工的重要原料和中间体，主要用于壬基酚聚氧乙烯醚( n p n e o ，n 表示 乙氧基的数目，一般为1 - 2 0 ，但n 亦可高达1 0 0 ) 的合成，n p n e o 结构式如图卜2 所示。 n p n e o 是一种性能优异的表面活性剂，被广泛用于洗涤剂、除草剂、杀虫剂等。使用后 的n p n e o 主要进入工业废水和城市污水的处理系统。n p n e o 本身毒性较小，没有明显的 雌激素效应，但这类化合物在环境中不稳定，逐步降解形成短链产物如n p 2 e o 、n p i e o 和终产物n p ，这些产物随着水处理系统的出水和剩余污泥进入相应的水体和土壤环境。 据统计，全世界每年约有5 0 万吨的n p 进入水体或土壤。瑞士和加拿大城市生活污水处理 厂的处理后淤泥的检测结果表明【7 _ 8 1 ，不同采样点的淤泥中n p 含量可高达11 0 0m g k g 。 我国太湖水中的n p 含量平j s - j 为1 1 6u g l ，而湖中贝肉中的n p 含量竟为水中的1 2 8 2 倍【9 1 。 邵兵等对嘉陵江和长江重庆流域n p 污染状况的调查显示n p 最高为8u g l ，以此为水 源的5 个自来水厂也均有n p 检出。可见，当前世界环境中n p 的污染状况不容乐观。 q h l5 ( c 携2 e h 2 | 。) 。h 图1 2n p n e o 结构式 f i g 1 2s t r u c t u r a lf o r m u l ao f n p n e o 有研究证明【9 1 ，n p 在环境中性质稳定，不易降解，从而科学地解释了环境 n p 含 2 量不断增加的现象。现在，越来越多的野外观察和实验研究证实了n p 的雌激素效应。 j o b l i n g 等 1 1 1 研究表明，n p 的浓度达l o 吲l 时就会发生红鳟鱼的生殖异常。范奇元等 研究发现n p 对雄性大鼠的生殖系统有损害，并认为睾丸是n p 的主要靶器官之一。而且， n p 对人体癌细胞如乳腺癌细胞、前列腺癌细胞、卵巢癌细胞、宫颈癌细胞的增殖及生殖 能力均会产生比较严重的影响【1 3 】。 1 2 2 双酚a 简介 b p a ，学名2 ，2 双( 4 羟基苯基) 丙烷，分子式为c i s h l 6 0 2 ，白色至淡褐色片状或粉末 状固体，微有酚的气味。溶于碱溶液、乙醇、丙酮、乙酸、乙醚和苯，微溶于四氯化碳， 几乎不溶于水。表1 1 y d 出了b p a 的一些理化参数，b p a 的结构如图1 3 所示。 表1 1b p a 的一些理化参数 t a b l e 1 - 1s o m ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp a r a m e t e r so fb p a 指标数值 分子量 熔点 沸点( k p a ) 比重 p k a 蒸气压p a 溶解度m g l l o g k w 亨利常数p am 3 m o l 肛 十喇 c 如 嘞 图1 3b p a j 式 f i g 1 3s t r u c t u r a lf o r m u l ao fb p a b p a 是一种常用的化工原料，主要用于有机合成，生产多种高分子材料，如聚碳酸 酯、环氧树脂、聚砜树脂、聚苯醚树脂、不饱和聚酯树脂等，还可用于生产聚氯乙烯热 稳定剂、橡胶防老剂、农用杀虫剂、增塑剂、阻燃剂、抗氧化剂、涂料等精细化工产品。 很多家庭生活用品中都能发现b p a 的存在，如建材地板、食品包装材料、电子器件的包 覆材料等。在医药方面，b p a 也被广泛用于医疗器械、牙齿密封剂、杀真菌剂等。 b p a 是一种人工合成的化学物质( 通常由苯酚和丙酮在各种酸性介质中催化缩合而 成) ，在自然界中原本并不存在，而今，却在世界各地环境中均有检出，污染状况不容 乐观。据日本环境厅调查，日本各地的河川和港湾淤泥中都检测到了b p a 。在韩国工业 中心蔚山海湾及其附近也已检出了高浓度的b p a ，其淤泥中，1k g 干物质里b p a 含量为 3 5兜3； 0 泫由 圆小叭n瑚圳啊 一一一一一 5 4n g 1 4 。在德国，k u c h 等【1 5 】发现饮用水q b b p a 浓度范围为3 0 0p g l - - 一2n g l 。欧洲的北 海、易北河支流中也发现了b p a ，在易北河的水样中b p a 可高达7 7 6n g l ，而在其淤泥 中，lk g 干物质里b p a 含量为6 6 - - 3 4 3m g 1 6 】。在我国，对北京某典型污水厂调查结果显 示，在城市污水系统的污染物中b p a 含量最高达8 2 5u g l 1 7 】；王福玉等【18 】对用h 1 0 3 大孔 吸附树脂吸附的水样( 采集自不同地区的河水、江水、湖水、水库及自来水厂源水) 的富 集物进行b p a 活性检测，结果表明，我国一些地表水中已存在b p a ，且某些地表水污染 较明显，其水样富集物与b p a 活性有显著的剂量效应关系。城市的空气中同样发现了 b p a 撙】。而且，由于人们生活中广泛用到以b p a 为原料生产的物品，b p a 就会释放出来， 污染人们的日常生活环境，尤为严重的是在医用材料和食品包装中加入的b p a ，会直接 进入人体，危害人类健康 2 0 - 2 1 1 。 已有研究证实瞄0 2 4 1 ，b p a 具有雌激素活性，对人体内分泌系统的影响较为突出。b p a 能干扰人体内正常激素的分泌，从而影响生殖功能，甚至导致恶性肿瘤的产生【2 4 。2 5 】。b p a 对于脊椎动物具有雌激素受体的激动剂作用，还可诱导脊椎前凸反应，引起假早熟表现； 对于两栖类动物，可引发性逆转：对于哺乳动物，则带来了子代变异效应，如子代的死 胎、畸形、体重下降、肝多核细胞增加及纤维性骨萎缩等现象【2 0 】。另外，b p a 还可以与 镉、紫外线发生协同作用，加重它们对机体的伤害【2 6 之7 1 。 1 3 壬基酚的生物降解 1 3 1n p 的生物降解性 n p 结构上的苯环和它的长链烷基造成了n p 的难降解性。s t a p l e s 等【2 8 】对n p 降解的研 究证明，即使是在有氧情况下n p 也比n p n e o 难于降解。b a n a t 掣2 9 】也研究证实n p 在有氧 环境和6 0 的温度下可以经微生物降解，而在无氧情况下，n p 仍难于降解。但n p 苯环 上的烷基和羟基，是活化苯环的给电子基团，倾向于在好氧条件下微生物通过酶的作用 能够利用烷基苯和苯酚，其降解n p 的可能途径是烷基苯途径的壬烷基断链和苯酚途径的 苯环开环 6 , 8 - 9 1 。直链烷基苯的微生物氧化途径为：烷基在单加氧酶的作用下氧化成烷羧 基，生成苯烷酸，再经p 氧化，断开烷羧基链，生成几个乙酰辅酶a 和苯丙酸( 奇数链烷 基) 或苯乙酸( 偶数链烷基) ，苯丙酸或苯乙酸按两种途径再逐步降解为二氧化碳和水。 苯酚的微生物氧化途径为：在2 一单加氧酶的作用下转变成儿茶酚( 邻苯二酚) ，儿茶酚再 经苯环的邻位或间位裂解途径开环而进一步降解。 国外有学者从污染现场分离并筛选得到了能降解n p 的微生物：假单胞菌、鞘胺醇单 胞菌、麦芽糖假丝酵母等 3 0 - 3 1 , 3 3 - 3 5 】。a n a 等例发现了一些能降解n p 的冷适应假单胞菌， 其中的一株表现出了在1 4 对n p 的最高降解速率为4 4 0m g ( l d ) ，这些假单胞菌能产生 单加氧酶使芳环氧化，可以降解苯酚、对羟基苯酚和甲苯之类的芳烃化合物，其降解n p 4 的途径亦遵循降解苯酚的途径。f u j i i 等 3 l 】发现鞘氨醇单胞菌能利用n p 作为唯一碳源，降 解产物主要是壬醇，还有乙醇，没有检测到短链烷基酚等芳环化合物，h n m r 分析也 表明芳环化合物完全消失，说明该菌降解n p 是从苯环的开环开始。但能降解烷基苯或苯 酚的微生物未必按照它们降解烷基苯或苯酚的途径来降解n p 。麦芽糖假丝酵母能利用苯 酚作为碳源【3 2 】，其降解n p 应服从苯酚降解途径从芳环的断环开始，而c o r t i 等【3 3 1 从纺织 厂废水处理场的好氧污泥中分离得到能利用n p 作为唯一碳源的麦芽糖假丝酵母，其主要 产物是4 乙酰基苯酚，表明在其降解4 n p 的过程中，烷基链的氧化先于苯环的开环。 我国学者在这方面的研究也取得了一定的进展。y u a n 和c h a n g 等【3 6 - 3 7 j 从污泥中分离 出可降解n p 的假单胞菌，其降解n p 的中间产物为4 一氨基乙酰苯，因而该假单胞菌降解 n p 的途径是先从烷基的断链开始。y u a n 和c h a n g 等【3 6 川1 的研究以及a n a 等例的研究说明 即使是同种属的菌( 假单胞菌) 代谢n p 的途径也并不相同。郝瑞霞等【3 8 】为了分析污水 生物处理过程中n p 的去除机制，采用混合基质加标对照培养活性污泥、单一基质培养优 势降解菌群的2 种生物降解实验，结合g c m s 的图谱解析，指出活性污泥降解n p 的初级 代谢产物主要为c 4 c 6 的烷基取代苯酚，优势降解菌群代谢n p 的初级产物不仅有烷基苯 酚，还有苯乙酸等，初步推测了n p 可能的生物降解途径，如图1 4 所示。该研究还指出， n p 降解的中间代谢产物短链烷基酚同样具有雌激素活性。 开环、 t c a 循环 上 c 0 2 h 2 0 图l - 4n p 司能的生物降解途径 f i g 1 - 4t h e p o s s i b l eb i o d e g r a d a t i o np a t h w a yf o rn p 从烷基苯和苯酚的微生物降解途径可以推测，微生物降解n p 的途径有可能先从烷基 的断链开始，也有可能依照苯酚途径先把苯环打开，或者两种途径兼而有之。由于存在 n p 开始降解的不同途径，其后续的降解步骤也将非常复杂，降解过程中可能产生多种中 间产物，而对这些中间产物的雌激素活性及其生物毒性的研究同样重要。可见，n p 降解 途径可能受到如环境条件、n p 自身的结构和性质以及微生物特性等多方面因素的影响。 5 1 3 2n p 生物降解的影响因素 1 3 2 i 好氧厌氧降解 大量研究表明，好氧条件更有利于n p 的降解。h e s s e l s o e 等【3 9 】将c 1 4 标记的4 n p 力h a 到污泥中，发现在污泥与土壤混合均匀的好氧条件下3 8d 便可完全降解；如果混合不均 匀，3 个月后还不能完全降解。由氧气微电极监测的结果推测，混合不均匀的条件下需 要较长时间才能形成好氧条件，从而造成4 n p 降解缓慢。e j l e r t s s o n 等m 】在实验室内用消 化污泥、填埋固体废物和填埋污泥接种，在厌氧条件下模拟n p l e o 和n p 2 e o 混合物的降 解，发现厌氧条件下初始质量浓度为2m g l 的n p l e o 和n p 2 e o 在5 0d 内完全降解为n p ， 却没有发现n p 的进一步降解。但厌氧条件下n p 的生物降解并非不能进行。y u a n 和c h a n g 等【3 6 。3 7 1 从台湾南部河流的4 个不同地点污泥中分离出假单胞菌后进行驯化，再从河底取 样进行模拟的好氧和厌氧降解实验，发现两种条件下n p 都能降解。假单胞菌好氧降解含 2u g g n p 的污泥的速率常数为0 0 0 7 0 0 5l d ，降解半衰期为1 3 6 9 9 0d 。按照同样的 过程进行厌氧降解，其速率常数为0 0 1 0 - 0 0 1 5l d ，降解半衰期为4 6 2 - 6 9 3d 。研究 还指出在硫酸盐还原、甲烷还原、硝酸盐还原的不同的厌氧条件下n p 的降解率分别从高 到低；并说明了硫酸盐还原细菌、甲烷菌、真细菌参与了n p 的降解，而硫酸盐还原细菌 则是n p 厌氧降解的主要参与者。翟洪艳【4 l 】等也研究- j n p 在海河沉积物中的耗氧和厌氧 降解，发现n p 耗氧降解分为快速和慢速降解阶段，半衰期分别为3 2 0 - - - , 9 8 7d 和2 1 6 6 - - , 3 8 5 1 1d ，而其厌氧降解相对缓慢，半衰期为1 6 0 6 5 - 2 0 3 8 8d ，但加入电子受体n a n 0 3 和n a 2 s 0 4 则可以促进厌氧降解，并且n a n 0 3 促进作用较大。由此认为，n p 的生物降解在 好氧或厌氧条件下都能进行，其好氧降解较为普遍，而微生物在厌氧下仍能代谢n p ，且 某些还原菌和真细菌及电子受体对降解菌在厌氧下降解n p 有促进作用。 1 3 2 2 温度对降解的影响 微生物的生长、代谢物的生成、对底物的利用和酶的活性等都受温度的影响，因此 温度是生物降解n p 的重要因素。很多研究【3 1 。3 5 1 都表明，在2 5 - - 2 8 条件下有利于降解 菌对n p 的降解，此温度可能是n p 降解菌生长与降解酶作用的适宜温度。t a n g h e 等【3 5 】用 半连续活性污泥法( s c a s ) 研究了不同温度下n p 的降解情况。在n p 浓度为8 3 3m g l 2 8 时，降解率为9 9 ；当温度降至1 0 1 5 ，在相同时问内，n p 降解率降低到1 3 8 6 ，此阶段降解率的高低取决于工艺条件的控制；当温度重新升至2 8 ，污泥中n p 的累积消除了。该研究表明在2 0 以上n p 的降解才能达到一个较快的速率，温度的升 高不仅提高了n p 的降解率，还可以减少n p 在污泥中的积累。t 0 p p 等【4 2 】把n p 加到土壤中， 3 0 下培养l od 后，发现土壤中剩余的n p d , 于总量的2 ；如果把温度降低为1 0 培养 4 5d 后，n p 的矿化量l 9 3 0 时减少4 0 。尽管上述研究表明，n p 降解菌在2 0 以上时 6 对n p 的降解可以达到较高的降解率和较快的速率，但a n a 等【3 0 j 分离到了能降解n p 的冷 适应细菌：两株假单胞菌和一株寡养单胞菌，前者表现出在1 0 寒冷条件下的最适生长 特性，在0 也能生长，后者虽然不能在4 以下生长，但其最适生长温度为1 4 - - 2 2 。 冷适应菌对n p 的可降解性表明在寒冷地区和低温季节也能进行n p 的生物降解和矿化。 1 3 2 3 各种同分异构体的降解 在好氧条件下，n p 各种同分异构体的生物降解的难易程度是不同的。t a n g h e 等【3 4 】 从n p 污染源中分离到的鞘胺醇单胞菌优先降解对位n p 而不是邻位n p ，在混合同分异构 体的n p 中，鞘胺醇单胞菌降解9 8 的对位n p 后，邻位n p 只有3 0 6 0 被降解。g a b r i e l 等【4 3 】分离出可降解多种支链n p 同分异构体的鞘胺醇单胞菌，发现n p 上的壬基链在q c 位置断裂并羟基化成相应的醇，并且发现只有具有季苄型碳原子结构的n p 同分异构体才 存在此种降解方式。支链烷基特别是烷基末端为叔丁基的烷基链，其分支程度较高、支 链较大，分子的体积较大、立体结构复杂，从而抑制了微生物对烷基的进攻，限制了其 生物转化，导致了其生物降解的惰性。很多研究彤】指出壬基支链程度比较高的n p 相对 难以生物降解，容易在环境中积累。i s o b e 等【4 5 】认为活性污泥法强化生物条件下壬基取代 基支链程度较低的n p 会降解得快一些。但是d 谢n g 等【4 6 】的研究表明4 - n p 比壬基为分支 结构的n p 更容易与土壤中的有机质接触，因而更容易吸附在土壤中而降解相对较慢。可 见，由于壬基的分支程度和外界条件的差异，微生物对n p 不同异构体的降解具有选择性。 1 3 2 4 不同介质中的降解 n p 的憎水性导致其在污水中易被吸附在有机污泥上，严重影响微生物对它的降解利 用。当沉积物中n p 降低到一定浓度以后就很难继续降解，说明沉积物中一些活性吸附点 位对n p 的锁定作用降低了其生物降解的有效性。n p 在污泥或沉积物中的半衰期很长， 且低浓度长期作用后引起不良后果正是环境激素的特点。l i b e r 等【47 】评估了n p 在实验室 的微生态系统中的持久性与分布情况，发现在水中n p 的半衰期小于1 2d ，而在污泥和沉 积物中的半衰期为2 8 , - 一1 0 4d ，在大型植物中的半衰期为8 - - - 1 3d 。n p 在水中的半衰期远 远小于其在污泥和沉积物中的半哀期，可认为污泥或沉积物对n p 的物理吸附作用降低了 水中n p 的浓度，从动力学方面影响了微生物的降解。 1 3 2 5n p 浓度对降解菌活性的影响 微生物对n p 的降解有一个毒性阈值，在阈值以内，生物降解速率随n p 初始质量浓 度的增大而提高。这是因为n p 在此质量浓度范围内对降解菌没有毒性，可为降解菌的生 长繁殖提供必要的营养。n p 起始质量浓度越大，其可支持的微生物数量也就越多，降解 效率也就越高。而当n p 质量浓度超过阈值时，其对降解菌的毒性开始显现，使微生物的 降解速率下斛4 引。 7 1 3 2 6p h 值对降解影响 p h 值可影响微生物酶促反应的速度。如果环境中的h + 或o h 一的质量浓度不在微生物 生存的适宜范围内，微生物的细胞膜和质膜上的电荷就会发生变化，影响物质的通透性 和吸收转化，从而影响酶活性及降解性能【4 7 1 。 1 3 2 7 植物存在对降解的影响 m o r t e n s e n 等4 9 1 把厌氧污泥施加到种有油菜的土壤中，3 0d 后土壤n p 的残存比例为 1 3 ，而没有油菜时残存2 6 。该研究还发现n p 并没有在植物体( 油菜) 中积累，因此 降解程度的提高并非由于一部分n p 通过植物富集被去除。翟洪艳【5 0 】等研究了纯种小球 藻( c h l o r e l l av u l g a r i s ) 对混合菌降解n p 的影响，指出活体藻和藻的胞外分泌物都可以 与混合降解菌表现出加和作用，二者均可以在光照下促进n p 的微生物降解并缩短降解半 衰期。但上述研究都没有阐明植物可以促进n p 生物降解的原因，这有待于深入探讨。 1 4 双酚a 的生物降解 1 4 1 微生物对b p a 的降解脱除 国外有研究发现1 5 ，真菌可以用来降解b p a 。如担子菌类中的一些菌，在较长时间 里，可以完全清除溶液中b p a 的活性，并且由这些真菌提取的某些过氧化物酶对b p a 也 有降解作用。在体外实验中，这些过氧化物酶可将b p a 降解为己雌酚、苯酚、4 异丙基 苯酚、4 异丙烯基苯酚等物质。 1 9 9 2 年，l o b o s 等【5 2 】从一家塑料制造厂污水处理设备的污泥样品中分离出了一株可 降解b p a 的革兰氏阴性好氧菌。用其进行实验，发现降解效果良好，7 0 - - 8 5 的总有 机碳被矿化或转为组织细胞。通过分析，其中间代谢产物为2 ，2 - - ( 4 羟苯基) 1 丙醇 【2 , 2 - b i s ( 4 - h y d r o x y - p h e n y l ) - 1 - p r o