多环芳烃与重金属在堆肥微生物降解转化过程中的交互作用及其机理研究

多环芳烃和重金属在污泥和土壤中的富集日益严重。基于堆肥的污泥（土壤）处置技术是实现污染治理和资源回收的有效途径。多环芳烃和重金属在堆肥过程中的降解转化主要由微生物完成，二者在该过程中产生交互作用。项目针对这一作用进行深入系统研究，以期阐明其机理，为形成降低二者复合污染污泥（土壤）堆肥产品生物有害性的基本方法提供理论依据。具体包括：（1）通过试验研究不同浓度重金属（多环芳烃）下典型堆肥降解转化菌株细胞外层物质组成，官能团类型和含量，细胞表层（细胞内）多环芳烃（重金属）含量的变化探明多环芳烃和重金属在跨膜（吸附）过程中的交互作用；（2）通过试验确定典型堆肥降解转化菌株对降解转化起主要作用的胞内酶和胞外分泌物，并试验研究其降解转化能力，综合分析单一污染和复合污染条件下主要降解转化胞内酶和胞外分泌物的变化，探明多环芳烃和重金属在典型堆肥降解转化微生物分泌物（酶）的产生和活性作用过程中的交互作用。

多环芳烃（PAHs）和重金属在堆肥微生物降解转化过程中存在交互作用，缺乏对该交互作用规律和机理的认识是制约形成降低二者复合污染土壤（污泥）堆肥产品生物有害性技术方法的关键因素。针对这一问题，项目系统研究了PAHs和重金属在典型堆肥降解转化微生物细胞上跨膜（吸附）过程中的交互作用及其在典型堆肥降解转化微生物分泌物（酶）产生和活性作用过程中的交互作用。具体研究内容和结果如下：（1）以堆肥过程中PAHs降解主要阶段的堆肥基质作为菌种来源，驯化、分离获得能够以PAHs为唯一碳源生长并能够耐受重金属的菌株，选取PAHs降解能力最强的菌株为进一步研究的对象，通过形态学观察，生理生化实验和16S rDNA序列分析对该菌进行了鉴定；（2）实验研究了PAHs对重金属离子在降解菌细胞膜上吸附、跨膜过程的影响，结果表明，PAHs对不同重金属离子跨膜、吸附过程的影响规律是不同的，随着体系内PAHs含量的增大，降解菌细胞内的重金属含量可能表现出相反的变化趋势；（3）实验研究了重金属对PAHs降解菌降解能力的影响及其对降解菌降解PAHs开环途径的影响，结果发现，随着重金属离子的浓度增大，重金属离子抑制微生物降解PAHs的作用增强，但重金属离子不影响PAHs降解的开环途径；（4）实验研究了重金属对PAHs跨膜过程的影响及其机理，结果表明，重金属离子可通过影响PAHs降解菌的细胞官能团和细胞生长而影响PAHs的跨膜过程；（5）实验研究了重金属离子对PAHs降解菌菌液的表面张力、分泌物的组成、活性，分泌物中关键开环酶邻苯二酚2, 3-双加氧酶酶活的影响，结果表明，重金属离子抑制了表面活性物质的产生，其对PAHs降解菌分泌物产生的影响主要表现在其影响了分泌物中总蛋白的含量、含邻苯二酚2, 3-双加氧酶的33-45 KD分子量的蛋白的含量，酶液中邻苯二酚2,3-双加氧酶的酶活，且不同重金属离子产生影响的规律不同；（6）实验研究了重金属离子对PAHs降解菌分泌物酶促降解PAHs的影响，结果表明，不同重金属离子对降解菌分泌物酶促降解PAHs的影响规律基本一致：其均对胞外酶酶促降解能力有抑制作用，其对胞内酶酶促降解能力的影响随着重金属浓度的变化而变化。