基于降解基因水平迁移的难降解污染物生物强化处理研究

通过生物强化提高难降解污染物生物去除效率是有效和可行的，但通常缺乏稳定性。降解基因水平迁移是污染环境中重要微生物生态现象，是土著降解菌群进化的重要途径。本课题提出基于降解基因水平迁移促进土著降解菌群进化的生物强化新策略，以提高生物强化处理效率和稳定性。本课题在典型生物处理反应器中，以阿特拉津为目标污染物，以阿特拉津脱氯水解酶基因水平迁移和土著阿特拉津降解菌群进化为研究核心，系统考察降解基因水平迁移特性；着重考察土著阿特拉津降解菌群进化过程并评估其降解能力和降解贡献率，以及生态效应和影响；同时，通过比较生物处理反应器中土著降解菌群进化及生物强化效果和稳定性的差异，分析反应器形式及运行过程的影响并优化运行条件。本课题通过对生物处理系统中降解基因水平迁移和土著降解菌群进化的探讨，丰富污染微生物分子生态学理论；同时为生物强化新策略应用于难降解污染物生物处理提供理论和技术支持。

本项目研究计划要求内容基本完成。本研究首先在现有质粒特性评价的基础上，构建了新的阿特拉津降解-绿色荧光蛋白示踪重组质粒，并检测了质粒荧光性和降解特性，获得具有上述特性的基因工程菌株。在此基础上，根据重组质粒的抗生素抗性、荧光性和降解基因，建立了包括抗生素抗性培养、绿色荧光性观察和分子生物学检测技术（FISH和PCR）在内的降解基因水平迁移检测方法体系，定性和定量分析了降解基因在基因工程菌株和生物反应器土著菌株之间的水平迁移过程，考察了杂交方式、细胞密度、杂交条件、质粒类型等因素对重组质粒水平迁移的影响。将基因工程菌株接种至生物反应器实施生物强化，在不同反应器中实现了基因工程菌生物强化处理阿特拉津的高效稳定去除效能，并对反应器运行过程中污泥性状变化、常规污染物去除稳定性等进行了分析评价，重点研发了MBR和SPG膜-MABR反应器的工艺应用，分析和比较了生物反应器的工艺优势，优化了反应器生物强化处理运行条件。在生物强化反应器运行过程中，监测了土著降解菌群规模变化，分离筛选获得了土著降解菌株，并对土著降解菌株进行鉴定和评价，着重分析其降解能力；同时，检测了降解基因在生物反应器中的分布和丰度变化，并结合基因工程菌和土著降解菌规模变化，分析了降解基因在生物反应器中的水平迁移；对基因工程菌生物强化及土著降解菌群进化中微生物群落多样性及种群变化进行分析，以探究其微生物生态效应。分析和评价了基因工程菌生物强化及土著降解菌群进化可能存在的生态风险。研究成果已发表学术论文13篇，其中SCI、EI收录论文5篇，中文核心期刊论文7篇，待发表（已录用）学术论文2篇，正在投稿和撰写学术论文5篇；获得授权发明专利1项，正在申报发明专利2项；项目组成员已参加国内国际学术会议和学术交流5次；培养硕士研究生5人。