固氮蓝藻修复多氯联苯污染水稻土的机理研究

多氯联苯（PCBs）是我国南方地区面积广大的水稻土中最典型的持久性有机污染物之一，如何有效地原位修复PCBs污染水稻土是目前污染生态研究领域的重要科学问题。为此，本研究提出以具有脱氯功能固氮蓝藻降解PCBs的生物修复新策略。拟采用GC-MS等化学分析技术和2D-PAGE、MALDI-TOF、RACE等分子生物技术，分析多种具有脱氯功能固氮鱼腥藻和念珠藻对不同氯代PCBs的降解规律和动力学过程；研究环境因子变化对功能藻种降解PCBs的影响效应，获得其最优化降解反应参数；鉴别反应中间产物，从脱氯反应活性位点等角度探讨降解的化学机理；鉴定调控功能藻种降解PCBs的特异性蛋白和相关基因，并通过体外重组和体内酶过量表达两方面，验证所鉴定的特异性蛋白和基因在功能藻种降解PCBs过程中的调控作用，从而阐明分子生物学机制，为水稻田PCBs原位修复提供理论依据和固氮资源利用型新技术。

多氯联苯（PCBs）污染的原位生物修复是我国土壤污染化学与污染生态修复学研究的热点问题之一。本研究发现四株蓝藻对PCBs具有良好的耐受性，根据16S rRNA测序结果将其分别命名为Anabaena PD-1、Nostoc PD-2、Anabaena PD-3和Anabaena PD-4。Anabaena PD-1的16S rRNA序列已上传至Genbank，登录号为KF201693.1。对不同结构的三氯代PCBs的脱氯实验发现Nostoc PD-2对PCBs的脱氯规律为：对位>间位>邻位。GC-MS结果显示PD-2对三氯PCBs的降解产物中可能为4-羟基联苯。通过双向电泳和质谱鉴定技术，成功鉴定25个上调表达的蛋白。ABC转运蛋白、异形胞连接蛋白、孔蛋白、烯醇酶、甲醇脱氢酶等10个蛋白上调倍数在100倍以上。进一步的RT-PCR结果显示，细胞色素b6f复合体铁硫蛋白和双加氧酶在mRNA水平上显著上调。综合上述结果，推测脱氯功能藻种降解PCBs的途径为：(1) PCBs胁迫下转运蛋白上调，将PCBs分子转运至蓝藻细胞内；(2) 能量代谢蛋白和电子传递蛋白显著上调，为PCBs的脱氯反应提高所需的能量和电子；(3) PCBs分子在双加氧酶的作用下发生脱氯降解。增强光照、提高培养温度、改变培养基中氮素形态以及添加碳源均能够促进功能藻种对PCBs的降解作用。添加电子供体VB12和二硫苏糖醇亦能明显促进脱氯功能藻种对PCBs的降解。本项目的研究成果可为开发应用于PCBs污染水稻土原位修复的基因工程藻种提供重要科学依据。