有机锡微生物降解的构效特性与构效模型

水体有机锡微生物降解研究还处于起步阶段，有关有机锡分子结构与其微生物降解构效机制方面的研究更是有待开展。本项目将利用前期研究筛选和保存的高效降解菌(克雷伯氏菌)处理有机锡代表物(三丁基锡和三苯基锡)。应用IC、ICP、HPLC和GC-MS法检测有机锡及其降解过程的主要元素和离子，明确有机锡微生物降解的构效性能和离子代谢规律；采用原子力显微镜、扫描电镜、透射电镜-能谱、红外光谱和激光流式细胞术等现代化的检测手段与微观形态分析技术，探明有机锡分子结构与降解菌菌体表面相互间的作用机制。在此基础上，利用SPSS、Sigmaplot和Hyperchem等数据统计、动力学模拟和分子模拟软件，结合多元线性回归、偏最小二乘法等建模工具和算法，建立并完善有机锡微生物降解的构效模型，阐明其微生物降解的机理，为指导有机锡的微生物降解提供理论依据。

有机锡作为涂料、除草剂、消毒剂、杀菌剂、木材防腐剂和塑料稳定剂等材料的有效成分而大量使用，其使用和排放导致了全球性的水环境污染。有机锡兼有重金属和持久性有机污染物的特性，具有高毒性、持久性和生物富集性，可导致包括软体动物、鱼类和哺乳动物在内的物种发生性畸变，并会通过食物链的富集危及生态系统。污染环境中有机锡的去除主要依赖于微生物的作用，为强化该作用并阐明有机锡生物降解的科学机制，不同结构有机锡微生物降解的限速步骤、脱烃基规律和降解菌生理代谢响应等科学问题有待深入剖析。为此，课题组利用前期筛选并保存的有机锡锡高效降解菌克雷伯氏菌开展了三苯基锡（TPhT）、三丁基锡（TBT）、二苯基锡（DPhT）和一苯基锡（MPhT）等不同化学结构有机锡的降解，研究了有机锡的生物降解效果、降解途径、构效模型，有机锡分子结构与降解菌菌体表面的相互作用规律，以及降解过程菌体的凋亡情况、碳源利用能力和离子释放规律，以期阐明有机锡生物降解机制，并为指导污染环境生物修复提供理论和实验依据。研究结果表明克雷伯氏菌能有效地降解TPhT、TBT、DPhT和MPhT，胞内酶在24 h时对1 mg•L-1 TPhT、DPhT和MPhT的降解率分别达到40.6 %、50.6 %和61.5 %；Mg2+能有效促进降解效果，TPhT和TBT的酶促降解率高达85.7%和78.9%。TPhT的降解途径为逐步脱苯解毒和无机化的过程：TPhT→DPhT→MPhT→Sn4+。菌体降解不同结构有机锡后，细胞表面微观形态、疏水性、通透性、碳源利用能力、离子释放与吸收规律等生理特征均会发生变化，其中菌体的细胞膜通透性增大、菌体离子释放增强、碳源代谢能力增强。Ca2+、Na+和NH4+随时间的释放规律符合准二级动力学模式。TPhT的降解率与NH4+、Na+、PO43-、SO42-、NO2-的浓度变化在0.01水平上极显著相关，与Ca2+的浓度变化相关性显著。研究结果已发表SCI论文4篇、EI论文1篇、中文核心期刊论文4篇、会议论文1篇，获授权发明专利1项；培养青年教师5名、研究生5名（其中已毕业1人），参加国际和国内学术交流9人次；获批国家自然科学基金项目1项、广东省自然科学基金项目1项、珠江科技新星专项1项和中央高校基金研究项目1项。