典型有机磷阻燃剂在水/沉积物体系中迁移转化及其微生物强化降解机制

The pollution and ecological risk of organophosphorus flame retardants (OPFRs) in water body of industrial clusters areas in China have attracted great concern. The key to successfully develop effective methods to eliminate OPFRs in water is to fully understand the transport and transformation of pollutants in water/sediment system, as well as to explore the mechanism of microbial degradation. In this proposal, TPhP and TCP in aromatic OPFRs, TCEP and TCPP in chlorinated OPFRs, which are ubiquitous in contaminated water and sediments of typical industrial clusters areas in Pearl River Delta are selected as target pollutants. A group of pure cultures and mixed bacteria capable of degrading OPFRs have been screened and isolated from water, sediment and soil of OPFRs contaminated areas and will be used in the current research. This proposal aims to investigate migration and transformation law of TPhP, TCP, TCEP and TCPP in water/sediment interface, explore the transformation and degradation pathway of OPFRs, discuss the mechanism under its transport, transformation and degradation from the perspective of overall gene, protein and cellular level, and develop enchanced microbial remediation techniques of OPFRs through regulating functional gene transcription and functional protein synthesis. The achievements in this project will provide theoretical basis and technical support for the bioremediation of OPFRs in water of industrial clusters area.

我国工业聚集区周边水体有机磷阻燃剂（OPFRs）污染及其生态风险已引起了人们的极大关注。探索OPFRs在水体中的迁移转化规律及微生物降解机制，进而开发出有效的技术方法对其治理将是一个重要的突破口。本课题拟以珠三角典型工业聚集区周边水体普遍存在的芳基类OPFRs中的TPhP、TCP以及氯代OPFRs中的TCEP和TCPP为研究对象，以实验室保存的一批从受OPFRs污染水域、沉积物、土壤筛选和分离的对OPFRs具有降解性能的纯菌和复合菌为实验菌株，探索OPFRs在水-沉积物界面的迁移转化过程；分析原位微生物作用及强化修复过程中OPFRs降解产物的生成和代谢转化途径；从微生物细胞、基因和蛋白水平探讨微生物强化降解OPFRs过程中污染物的转运、代谢和转化机制，通过基因和蛋白水平的调控提高微生物降解/转化OPFRs的效率，以期为工业聚集区水体OPFRs污染微生物强化修复与调控提供理论依据和应用基础。

从环境样品中筛选出系列对典型OPFRs具有高效降解能力的微生物，以TCEP、TCPP、TPHP、TCP为靶向污染物，探究微生物对OPFRs的降解特性和转化机制及菌体在OPFRs降解/胁迫下的分子响应机制。利用A549、HepG2细胞作为模式细胞，分别探究OPFRs及其代谢产物的细胞毒性和致毒机制，结合蛋白质组学技术从分子水平揭示OPFRs及其降解产物对差异蛋白表达、系统发育及代谢网络的扰动机制。.研究表明，在水沉积物体系中，B. brevis强化了TPHP、TCP快速降解，降解率分别为76.1%和68.35%。B. brevis和混合菌群GYY主要通过胞内酶降解TPHP、TCP，降解率可达90%。微生物对OPFRs的降解转化途径主要涉及水解、羟基化及甲基化。利用高分辨质谱共检测到7种TPHP的代谢产物，12种TCP的代谢产物以及12种TCPP的降解产物。在OPFRs降解过程中，TPHP和TCP的胁迫引发B. brevis胞内MDA和ROS含量升高，SOD和CAT含量增加，P450酶可能参与了OPFRs的降解。 此外，TPHP刺激了B. brevis的碳水化合物代谢、氨基酸、核苷酸代谢和脂质代谢过程。ABC转运蛋白、50S核糖体蛋白表达显著上调，促进特定功能蛋白的合成。OPFRs及其降解产物诱导A549/HepG2细胞凋亡。研究还表明OPFRs及其降解产物对细胞的毒性与ROS介导的线粒体信号通路有关。TCPP降解产物诱导糖酵解代谢通路上调表达，同时诱导了与DNA、RNA和ATP合成相关蛋白上调和应激蛋白（uspA、uspC、uspE）的显著下调。脂肪酸fabA、fabZ的上调促进了不饱和脂肪酸和磷脂酸的生物合成。此外，富马酸盐、琥珀酸盐、苹果酸盐和草酰乙酸盐在TCA循环中积累，促进了氧化磷酸化代谢通路的上调，揭示了OPFRs降解产物在分子水平对代谢网络和系统发育的扰动机制。