海洋专性解烃菌Cycloclasticus spp.的代谢特性及协同降解高分子量多环芳烃的研究

本研究拟以4株专性解烃菌Cycloclasticus spp.为实验材料，研究、比较其代谢特性和PAHs双加氧酶的基因多样性及功能。以芘、荧蒽、苯并芘为模式高分子量多环芳烃（HMW-PAHs），采用变性梯度凝胶电泳技术确定HMW-PAHs富集降解菌群中的可培养优势菌；同时，采用寡营养平板分离菌群中的其它菌株。通过上述工作确定共培养体系中协同菌株的范围、种类和数量，构建细菌共培养体系研究解环菌和这些菌株在降解过程中的协同作用。通过GC-MS测定协同菌株对解环菌的HMW-PAHs降解率的影响，从代谢水平探明菌株之间的协同作用；通过变性梯度凝胶电泳技术监测在降解过程中菌种的生物量变化趋势，从分子水平探明菌株之间的协同作用；通过发光细菌法检测共培养物在降解后的生物毒性，同时提取其中的降解中间产物进行检测、分析及表征，从生物毒性水平和化学层面综合评价HMW-PAHs协同生物降解的效果。

本项目重点研究了从黄海沉积物中分离到的3株解环菌属细菌PAHs代谢特性以及在高分子量多环芳烃（HMW-PAHs）降解过程中解环菌属细菌和其它菌株之间的协同作用。3株解环菌属细菌区别于该属其它菌株的主要特点是对HMW-PAHs的降解能力，它们均能够以4环PAHs芘和荧蒽作为唯一碳源和能源生长。采用简并引物从3株解环菌属细菌的基因组DNA中分别克隆到编码其PAHs双加氧酶的大小亚基基因phnA1A2（约1.9 kb）。该基因片段与Cycloclasticus sp. A5中相应基因的整体相似度为98%，而与Cycloclasticus sp. P1中相应基因的整体相似度为99%。在所构建的以解环菌属细菌和其它细菌为成员的所有降解菌群中，最具有代表性的是在HMW-PAHs降解过程中表现出明显协同效应的降解菌群PY97M+D15-8W（解环菌属细菌+海杆菌属细菌）。降解菌群的处理相对于降解菌PY97M纯培养的处理具有更高的荧蒽降解率，其对荧蒽的降解率可以从65.21%提高到83.03%。降解菌群的处理相对于降解菌PY97M纯培养的处理具有更高的芘降解率，其对芘的降解率可以从63.43%提高到75.50%。本研究所发明的源于降解菌群PY97M+D15-8W的海洋菌液不仅可以有效提高对HMW-PAHs的降解率，还可以同时降低其生态毒性，可用于包括HMW-PAHs在内的POPs污染的海岸线或滩涂地带进行生物修复。