高盐条件下耐盐菌还原典型亲电性有机污染物的全转录组分析

针对高盐有机废水生物降解机理研究的不足，本研究提出以DNA微阵列考察耐盐菌Shewanella putrefaciens CN-32在高盐条件下还原降解偶氮化合物、硝基芳香化合物和氯代烃等典型亲电性有机污染物的转录组变化，并结合实时定量反转录PCR和基因敲除技术对关键基因的转录表达与功能进行深入分析。本研究可从基因组水平上全面解析高盐条件下耐盐菌中参与耐受盐度和降解典型亲电性有机污染物的功能基因，分析降解不同典型亲电性有机污染物时转录组变化的相关性，深化对高盐条件下生物降解机理的认识；在此基础上结合细胞形态学和降解产物分析，提出高盐条件下耐盐菌还原降解亲电性有机污染物的响应机制和代谢网络。另一方面，通过确定高盐条件下生物降解的重要功能基因及部分关键基因的表达调控机制，可为高盐有机废水处理过程中耐盐菌生物降解活性的调控与监测奠定基础。

本课题研究了多株耐盐希瓦氏菌（Shewanella）在高盐条件下对代表性亲电性有机污染物—偶氮染料的直接与介导还原；在此基础上利用基因芯片对希瓦氏菌在含盐条件下还原偶氮染料苋菜红的全转录组响应进行了分析。Shewanella algae、Shewanella marisflavi和Shewanella aquimarina等三株海洋希瓦氏菌较模式株Shewanella oneidensis MR-1表现出更强的耐盐能力，一定盐度的存在利于海洋希瓦氏菌的好氧生长与厌氧偶氮呼吸生长。在高达100 g L-1 NaCl/Na2SO4的条件下，海洋希瓦氏菌仍可有效地将偶氮染料苋菜红还原为植物毒性更低的芳香胺。一定盐度（20-30 g NaCl L-1）的存在可提高细胞的偶氮还原酶、漆酶和NADH-DCIP还原酶活性。海洋希瓦氏菌能以蒽醌-2,6-二磺酸钠（AQDS）为电子受体在0-70 g L-1 NaCl存在条件下进行醌呼吸生长。AQDS等多种醌及腐殖酸作为可溶性氧化还原介体参与胞外电子传递，促进希瓦氏菌在高盐条件下还原偶氮染料。醌介体的生物还原是介导还原偶氮染料的限速步骤。全转录组分析结果显示，有多样的电子传递路径参与S. oneidensis MR-1对偶氮染料的还原脱色。除熟知的Mtr路径相关基因外，与DMSO、TMAO、NO3-/NO2-和SO32-/S2O32-还原相关的基因dmsABEF、napAB、nrfA、sirACD和psrABC等的转录水平也显著上调。本项目首次系统研究了海洋希瓦氏菌在高盐条件下还原亲电性有机污染物的能力，为含盐偶氮染料废水的高效生物处理提供了新的微生物资源；深化了对希瓦氏菌参与胞外电子传递及偶氮染料厌氧还原的功能基因的认识。