河口沉积物中铁矿物和有机质对多环芳烃微生物降解的影响和机理研究

Iron minerals could catalyze the oxidation and degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Extracellular polymeric substances (EPS) were reported to enhance the water solubility of PAHs. It is anticipated that iron minerals and EPS could enhance the microbial degradation of PAHs. Estuary is an ecological transition zone between fresh water and sea water. It is ecologically valuable and environmentally important. Therefore we plan to apply both field survey and laboratory simulation to Yangtze River estuary samples. We will investigate the impact of iron minerals and of organic matter on the PAHs concentration and PAHs-degrading bacteria distribution. We will further explore the role that goethite and EPS play in the microbial degradation of PAHs. The aim is to find a way to enhance the chemical degradation and microbial degradation of PAHs. This study is anticipated to be helpful for promoting the transformation of PAHs in natural environments using iron minerals and EPS. It could provide a reliable research basis for the contamination control and water conservation in the Yangtze River estuary.

铁矿物能在近中性pH值下催化多环芳烃（PAHs）的氧化降解，微生物胞外聚合物（EPS）有效增强PAHs的水溶性并降解PAHs，我们预期二者可以增强微生物对PAHs的降解作用。河口是河流与海洋的生态过渡区，具有重要的生态价值和环境意义。本项目拟采用野外调查与实验室模拟相结合，研究河口沉积物中矿物（尤其是铁矿物）和有机质对PAHs含量和PAHs降解菌分布的影响。并进一步探索代表性矿物针铁矿、EPS和针铁矿-EPS复合物对PAHs微生物降解的影响和机理，化学降解与微生物降解相互促进的途径和条件。以期未来可以运用铁矿物和EPS，增强PAHs在环境中的降解转化，为污染控制和保护长江水源提供可靠的研究基础。

海洋沉积物中的微生物在污染物转化、营养物质循环和维持健康生态系统的过程中不可或缺。河口存在天然环境梯度，是研究微生物对污染物和环境理化参数响应规律和机理的理想生境。在输入河口的多种污染物中，多环芳烃（PAHs）是典型的有机污染物，具有致癌、致畸和致基因突变效应。环境中的PAHs污染主要通过微生物降解修复。所以探索调控微生物降解PAHs的环境因子和途径对保护河口生态环境具有重要的科学意义。本项目通过野外调查和实验室模拟相结合，（1）揭示了长江河口和南非Knysna潟湖的不同环境梯度下PAHs的时空分异特征、控制因子、来源和生态健康风险。阐明了人类活动对PAHs污染模式的影响。（2）揭示了河口微生物群落及PAHs降解菌丰度和多样性；影响长江河口微生物群落的环境因子包括主要由人类活动产生的总磷、总PAHs、Cu、Cr、Pb、总有机碳和Ni 含量，以及环境理化参数盐度和pH值；而盐度、总PAHs含量、Cu含量和pH值是调控PAHs降解菌和PAHs降解基因的重要环境因子；盐度和pH值对微生物降解PAHs能力有负向调节作用，并且影响微生物对有机和无机污染物的耐受性；PAHs降解基因PAH-RHDα 的基因拷贝数可以作为PAHs污染程度和人类活动的指示物；而Novosphingobium, Mycobacterium, Comamonas等重金属耐受的PAHs降解菌，位于降解菌关联网络的核心，可能在污染区域生物修复有机和无机污染物中扮演重要角色。所以筛选富集河口本土的重金属耐受PAHs降解菌，调节环境盐度和pH值，对于未来野外生物修复PAHs污染有重要的应用前景。（3）筛选鉴定了沉积物和土壤中的PAHs降解菌，探究不同环境因子作用下，降解PAHs的过程、效率和动力学。结果显示主要降解菌对3环PAHs降解能力更强，对高环PAHs降解缓慢。低浓度的重金属Zn2+（10 μg/L）抑制微生物降解菲，纳米ZnO（10和1000 μg/L）或高浓度的Zn2+（1000 μg/L）污染对微生物产生毒物兴奋效应，对微生物降解菲没有显著的抑制作用甚至促进了降解。研究结果探索了调节微生物降解PAHs的途径和条件，为PAHs的污染治理和保护长江水源提供了科学依据。