氟代苯胺化合物好氧降解的微生物分子生态机理研究

As a new type of contaminants, the biodegradability of fluorinated aromatic hydrocarbons is less than that of the chlorinated aromatic hydrocarbons. The aromatic hydrocarbons can be mineralized via aerobic biodegradation, which is important for decreasing the residue in the environment. However, studies on the microbial molecular ecological mechanism of their aerobic biodegradation are very limited. Based on the aerobic reactor, this project will firstly characterize the fluoroanilines aerobic degradation and the population structure dynamics during enrichment by using a combination of chemical analysis method and high-throughput sequencing. Then, the microbial mechanism of their aerobic biodegradation can be explored by using isolation and comparative proteomics techniques. Finally, the ecological mechanism of their aerobic biodegradation can be elucidated through analyzing the release of auto-inducers, the functional bacteria, and quorum sensing induced by exogenous auto-inducers and quorum quenching. Results from this project will deepen and broaden a better understanding on the microbial molecular ecological mechanism of the fluoroanilines as well as enlarge their biodegradation theory, and also provide the theoretical and practical guidance to improve their aerobic removal efficiency. Moreover, it can guarantee the sound development of fluorine fine chemical industry.

氟代芳烃是一类比氯代芳烃更难于降解的新型污染物，研究发现微生物好氧降解对于消减其在环境中的残留具有重要作用，但目前有关其转化降解的微生物分子生态机理研究甚少。本项目以好氧反应器为载体，选取氟代苯胺作为模型污染物，利用分析化学手段和高通量测序技术阐明驯化富集过程中氟代苯胺降解特性和微生物菌群结构的变化，并结合纯化培养、差异蛋白组学分析，探明参与反应的主要微生物类群，揭示转化降解的微生物作用机制；利用微生物降解菌群信号分子释放、外源信号分子添加并结合群体感应淬灭，分析群体感应对降解菌群附着生长、氟代苯胺降解和优势菌群演替的影响，揭示该类化合物转化降解的菌群生态机制。项目的预期研究成果将加深和拓展对氟代苯胺氧化降解的微生物分子生态机理的认识，丰富其生物氧化降解理论，为优化菌群结构以提高其好氧降解效率提供理论依据和实践指导，从而为氟精细化工的健康发展提供技术保障。

氟代芳烃化合物是一类新兴难降解有机污染物，好氧降解对于削减其在环境中的残留具有重要作用。本项目以好氧反应器为载体，氟苯胺类化合物为模式污染物，综合运行传统培养和现代微生物分子技术，深入开展了该类化合物转化降解的分子生态学机制研究。首先，考察了接种源对氟苯胺化合物转化降解和功能菌群富集过程的影响；进而，解析了不同源驯化富集过程中功能菌群的演替规律，以及降解功能菌株的生理生化特征、生长特性及关键酶蛋白，揭示了氟苯胺化合物转化降解过程的微生物作用机制；最后，研究了富集到的混合功能菌群的群体感应现象，利用内源信号分子释放、外源信号分子添加并结合群体感应淬灭，分析了群体感应对降解菌群附着生长和降解能力的影响，揭示了该类化合物转化降解过程的生态调控机制。结果表明：接种源对氟苯胺化合物转化降解和功能菌群的富集过程具有重要影响，然不同接种源富集培养物的降解能力呈现了较高的相似性。高通量测序结果则表明，在门分类水平条件下，富集培养物与接种源之间保持了具有较高相似性，主要隶属Deinococcus-Thermus、Proteobacteria和Bacteroidetes等；筛选得到了3株氟苯胺高效降解菌，包括Rhizobium sp. JF-3、Diaphorobacter sp. DFA4和Acinetobacter sp. FA2，发现降解过程中可诱导产生多种功能蛋白；C4-HSL和C6-HSL为各功能菌群的主要内源信号分子，对于外源性C4-HSL、C6-HSL、C8-HSL、C12-HSL、3-oxo-C6-HSL、3-oxo-C8-HSL和3-oxo-C12-HSL，各功能菌群呈现了不同的反馈。通过本项目的研究，不仅加深和拓展了对氟代苯胺氧化降解的微生物分子生态机理的认识，丰富了其生物氧化降解理论，也为优化菌群结构以提高其好氧降解效率提供理论依据和实践指导。