多环芳烃微生物降解基因的研究进展

多环芳烃(PAHs)是环境中普遍存在的一类有机污染物,微生物的降解是PAHs去除的主要途径。近年来,有关PAHs微生物降解途径和代谢产物的研究已有很多报道。小分子PAHs一般可以直接被微生物降解,而大分子PAHs则需要微生物以共代谢的方式降解。在过去20年中,微生物降解PAHs的基因相继被发现,各种基因在调控PAHs降解过程中的功能也越来越清晰。本文概述了PAHs微生物降解基因方面的研究进展,详细介绍了微生物对萘、菲的降解基因,最后对PAHs微生物降解基因的应用前景进行了展望。

一株多环芳烃降解菌的鉴定及GST基因克隆和序列分析

由石油污染土壤中分离到一株能以多环芳烃 (菲、芴、萘 )为唯一碳源的细菌 ,经形态观察、生理生化 (Biolog GN)和G +Cmol%分析 ,鉴定该菌为少动鞘氨醇单胞菌 (Sphingomonaspaucimobilis)。与 1 6SrDNA序列同源性的比较进一步确证了鉴定结果。经菲诱导后的细菌谷胱甘肽S 转移酶 (GlutathioneS transferase ,GST)酶活明显高于未诱导前 ,表明谷胱甘肽S 转移酶可能与多环芳烃的降解有关。根据该酶基因的同源性序列设计引物 ,PCR扩增出编码谷胱甘肽S 转移酶基因片段 ,进一步证实在该菌中有GST的存在。测序后基于编码GST的基因所进行的系统发育分析表明 ,该多环芳烃降解菌与其它多环芳烃降解菌在进化上亲缘关系较近。

烷基化多环芳烃的细菌降解研究进展

烷基化多环芳烃(alkylated polycyclic aromatic hydrocarbons,A-PAHs)是以多环芳烃(PAHs)为母环,具有烷基侧链的稠环芳香烃,是一类在环境中广泛存在的持久性有机污染物.微生物降解是其在环境中降解去除的主要途径,与真菌、藻类等相比,细菌降解A-PAHs得到更多的关注.本文对APAHs的污染现状及生态毒性,细菌降解甲基萘、甲基菲的研究进展进行了概述,以PAHs的降解酶和降解基因作为参考,总结了A-PAHs可能涉及的降解酶及降解基因.本文有助于了解环境中A-PAHs的生物降解研究现状,为寻找高效的A-PAHs降解方法及减轻其生态风险提供理论依据.

不同温度下环渤海典型湿地沉积物中二苯并噻吩降解率与功能基因响应关系研究

为了揭示不同温度下环渤海典型湿地沉积物中二苯并噻吩(DBTs)的降解途径,选择辽河口芦苇湿地、天津北大港滩涂湿地和黄河河口湿地的3种不同湿地沉积物,在模拟季节性温度条件下,培养56天,测定DBT的降解率,分析DBT降解功能基因的丰度,建立DBT降解率与功能基因群组定量响应关系模型,解析不同温度下3种湿地沉积物中DBT的降解途径。实验结果表明,3种湿地沉积物中DBT的降解率均随培养温度升高而升高,4oC培养时,DBT的降解率排序为黄河河口湿地>天津北大港滩涂湿地>辽河口芦苇湿地;30oC培养时,DBT的降解率排序为北大港滩涂湿地>黄河河口湿地>辽河口芦苇湿地;cat A与dsz B基因影响DBT的降解速率。低温条件和中温条件下,在3种湿地中,代表Kodama途径的nag Ac/nah Ac和nid A基因分别起主要作用,代表4S途径的dsz B基因在黄河河口湿地及北大港滩涂湿地中有重要作用。

焦化厂污染土壤中多环芳烃降解菌群解析

以苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、茚并[1,2,3-cd]芘5种较难降解的多环芳烃为碳源和能源,采用富集培养的方法从焦化厂污染的土壤中筛选分离得到50株PAHs降解菌。通过对其16S rRNA基因序列分析,将这些PAHs降解菌分为15个种群,分别属于Sphingomonas(鞘氨醇单胞菌属)、Methylobacterium(甲基杆菌属)、Burkholderia(伯克霍尔德氏菌属)、Rhodococcus(红球菌属)、Bradyrhizobium(慢生根瘤菌属)、Phyllobacterium(叶杆菌属)、Chryseobacterium(金黄杆菌属)、Microbaterium(微杆菌属)8个属,其中优势菌为鞘氨醇单胞菌属。纯菌株降解能力测试表明,培养12 d后,菌株3-6-12降解效果要优于其他菌株,对苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、茚并[1,2,3-cd]芘的降解率分别可达39.64%、33.52%、38.57%、25.37%、31.17%。实验结果可为多环芳烃污染土壤的生物修复提供高效的降解菌源。

好氧细菌对多环芳烃降解机制的研究进展

多环芳烃(PAHs)是指两个或两个以上的苯环以线性排列、弯接或簇聚方式构成的一类碳氢化合物。这类化合物广泛分布于环境中,具有潜在的致畸性、致癌性和遗传毒性。在自然环境中,好氧细菌对PAHs的生物降解是一种很重要的方式,凸显其在清除环境PAHs污染物中具有广阔的应用前景。在过去二十多年中,科学家们已经从基因水平上对好氧细菌降解PAHs的机制进行了深入的研究,其中包括PAHs降解基因的多样性、与PAHs降解有关的基因以及细菌群体PAHs遗传适应机制等。在此,就好氧细菌对多环芳烃降解机制的研究进展进行了综述和讨论。

微生物降解多环芳烃有机污染物分子遗传学研究进展

多环芳烃是环境中广泛存在的一类难降解危险性致癌污染物 ,微生物酶在降解转化多环芳烃的过程及其归趋中起着重要作用。

根系分泌物对土壤中多环芳烃降解及相关微生物的影响

根系分泌物可有效降解有机污染物,目前尚不清楚根系分泌物对土壤中多环芳烃(PAH)降解效果、降解基因及相关功能菌丰度的影响。本研究采用盆栽试验,探索不同浓度(10、20、40、80 mg/kg)人工根系分泌物、水稻根系分泌物对PAH(NAP、PHE、PYR)降解率、降解基因(nidA、nahAc、phe)丰度和细菌群落结构的影响。结果表明,添加10~80 mg/kg的人工和水稻根系分泌物处理皆可在一定程度提高土壤中NAP、PHE、PYR的降解率,且降解率随着根系分泌物浓度的增加呈先增加后降低趋势,整体以40 mg/kg效果较佳。qRT-PCR和16S rRNA高通量测序表明,与CK处理相比,根系分泌物处理下微生物群落丰度发生明显变化,且不同时间、不同浓度皆可影响群落结构特征。相关性分析结果表明,PAH降解效率、降解基因丰度、PAH功能菌三者间皆具有很强的相关性;人工根系分泌物处理下PAH降解率与nidA基因、诺卡氏菌属(Nocardioides)和分枝杆菌属(Mycobacterium)呈极显著正相关(P<0.01),水稻根系分泌物处理下PAH降解率与nahAc基因、假单胞菌属(Pseudomonas)呈极显著正相关。综上,人工根系分泌物及水稻根系分泌物皆可促进土壤中PAH的生物降解。

细菌降解多环芳烃上游途径的遗传学研究进展

多环芳烃是一类毒性较大的环境污染物。微生物降解和转化是消除此类污染物的理想方法,已发现多种细菌具有这种功能。主要针对细菌在多环芳烃降解中上游途径的代谢酶及基因簇的组成进行综述,阐述了酶的遗传学特点,并探讨了PAHs代谢基因的进化。这有助于了解PAHs的细菌降解机制,并为有效实施生物修复提供理论依据。

氮磷营养元素对多环芳烃降解的影响研究

多环芳烃是一类普遍存在的环境污染物。本文研究探讨了氮、磷两种营养元素对湿地底泥降解多环芳烃的影响。结果表明,湿地底泥中本底浓度的氮和磷已经能够满足三环和四环多环芳烃的降解,外加氮磷对五环的苯并芘降解具有显著的促进作用。变性梯度凝胶电泳分析显示随着营养元素的添加菌群的种属多样性呈下降趋势。功能基因分析显示底泥中nidA基因的表达在多环芳烃降解中发挥重要作用。

基于非培养手段的多环芳烃降解微生物解析

本文对原位识别土壤未培养微生物的非培养手段进行综述,揭示其在PAHs降解中发挥的作用.首先对土壤中PAHs的降解微生物、降解原理以及功能基因进行全面总结;其次对荧光原位杂交技术(FISH)、稳定同位素探针技术(SIP)、宏基因组学技术(Metagenomics)、转录组学技术(Transcriptomics)、单细胞技术(Single-cell technology)以及磁性纳米材料技术(MMI)等非培养手段的原理、特点以及应用进行归纳总结.重点讨论这6种非培养手段在原位识别PAHs降解微生物中的应用潜力.其中SIP在研究PAHs降解机制中最为成熟、稳定,应用最广泛.MMI作为一种新型的非培养手段,能够从复杂的生态环境中分离获得活的功能微生物,为深入探究未培养的PAHs降解微生物提供解决途径.

石油污染土壤自然老化过程中微生物菌群及功能基因变化规律

本文旨在揭示新疆准东油田石油污染土壤自然老化过程中微生物菌群结构及芳香烃双加氧酶基因多态性及其变化规律.采集同一采油区3个不同污染年限土壤样本及背景土,进行理化指标检测、16S rDNA V4-V5区扩增子测序及芳香烃双加氧酶基因克隆文库构建与分析.扩增子测序分析结果显示,采油区不同背景土壤中原核微生物种类具有极大的相似性,并且污染1年的土壤中微生物种类与背景土微生物种类相似性较大;污染3年和5年样本间有一定差异,组内差异较小.克隆文库共获得46个芳香烃双加氧酶基因OTUs(Operational Taxonomic Units),其Genbank注册号为KY985598-KY985643,分为邻苯二甲酸双加氧酶基因、非培养放线菌芳香加氧酶基因、萘双加氧酶基因、多环芳烃双加氧酶基因和苯甲酸双加氧酶基因5个基因类型,不同石油污染年限的土壤中双加氧酶基因类型会有显著性差异.对不同污染年限土壤中微生物与环境因子进行相关性分析,结果显示:随石油污染年限的延长,土壤微生物群落结构及丰度呈规律性变化.准东油田石油污染土壤当中部分种类微生物和功能基因可作为检测石油污染物老化程度的分子标准.

黑麦草对多环芳烃污染土壤的修复作用及机制

采用物理、化学和微生物方法来修复多环芳烃(PAHs)污染的土壤，迄今尚缺乏经济有效的修复技术。物理化学修复技术成本昂贵，易造成地下水等的次生污染，不适合大规模应用；而微生物修复往往需要向土壤中引入外源微生物，这些被引入的专性降解菌或基因工程菌降解PAHs的效果易受到土著微生物竞争的影响，而且外源菌的引入也存在潜在的土壤生态风险。近来，植物修复有机污染土壤受到广泛关注，然而植物修复机制尚待深入研究。本文以菲和芘为代表物，

石油污染土壤自然衰减过程多环芳烃降解基因动态特征

新疆石油污染土壤中微生物多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)降解功能基因研究甚少,且环境因子和功能基因之间相关性仍不清楚。【目的】揭示新疆石油污染砂质土壤自然衰减过程中多环芳烃降解关键基因结构和变化规律。【方法】以新疆准东油田为研究区,分析同一采油区不同石油污染年限土壤理化因子和多环芳烃含量变化,采用扩增子测序研究石油自然衰减过程中多环芳烃降解酶基因结构变化规律,利用Mental检验探讨其环境驱动因子。【结果】石油污染时间1年和3年的土壤中有多项理化指标与背景土存在显著性差异,而污染5年土壤与背景土之间仅2项指标具有显著性差异,随石油自然衰减逐渐恢复至正常。石油污染1年的土壤中16种多环芳烃除苊烯和?以外,其余14种多环芳烃均高于石油污染3年和5年土壤,多环芳烃总量和含油率污染1年土壤均显著高于污染3年和5年的土壤,多环芳烃会在污染后短时间内迅速被降解。扩增子测序结果显示,萘双加氧酶基因分类操作单元(operational taxonomic units,OTUs)序列随污染年限延长逐渐增多;芳环羟化双加氧酶基因OTUs序列BLAST(basiclocal alignment search tool)比对注释为6类多环芳烃降解基因,随着污染年限延长呈现先升高后降低趋势,污染5年土壤后OTUs急剧减少。Mental检验结果显示,土壤可溶性有机碳和含水量会显著影响功能基因结构,多环芳烃并不能显著影响功能基因结构。【结论】新疆准东油田石油污染砂质土壤自然衰减过程中多环芳烃降解基因结构主要受土壤可溶性有机碳和含水量影响。

苍白杆菌(Ochrobactrum sp.)FP1对芳香烃化合物降解特性及相关基因研究

文章对分离的一株高效石油降解菌生理特性及芳香烃化合物降解特性、降解相关基因进行了研究。用细菌生理生化和16S rDNA序列分析初步鉴定FP1为苍白杆菌(Ochrobactrum sp.)。将菌株在含不同种类混合芳烃基础培养基中培养7 d后,用GC-MS分析发现菌株对芳烃类化合物有较好利用和降解能力,对苯、甲苯、乙苯、二甲苯、萘和联苯的降解率分别为100.00%、60.11%、66.00%、57.72%、67.94%、77.72%。芳香烃化合物降解相关基因有31个,而参与萘、甲苯、乙苯、二甲苯降解的基因占芳香烃化合物降解基因总数的38.72%。研究结果为芳烃污染土壤的微生物修复提供了基础。

不同污染强度下PAHs降解基因在土壤-根表-植物系统中的分布

[目的]本文旨在解析植物-微生物联合修复多环芳烃(PAHs)污染土壤的分子机制,并为在PAHs污染区生产安全的农产品提供技术支持和理论依据。[方法]以紫花苜蓿为供试植物,以菲和芘作为供试PAHs,以PAHs降解菌株Sphingobium sp.RS2为供试菌株,在根箱装置中进行温室盆栽试验,通过高效液相色谱技术和实时荧光定量PCR技术,研究不同PAHs污染浓度对种植紫花苜蓿的土壤-根表-植物系统中PAHs降解基因丰度和分布的影响。[结果]高浓度PAHs污染对紫花苜蓿的生长有抑制作用,而接种功能菌株RS2可以促进紫花苜蓿的生长。与未接种RS2的对照组相比,接种RS2的处理组紫花苜蓿生物量平均增加约22.4%。根际土壤中PAHs残留量显著低于非根际土壤。随PAHs污染浓度增加,降解基因丰度也增加。根表部位降解基因丰度最高,各层室土壤次之,植物根部和茎叶部丰度最低;在同一采样区域中,phe基因丰度显著高于nahAc和nidA基因。菲、芘残留量与nahAc基因丰度呈显著正相关。[结论]在土壤-根表-植物系统中,PAHs降解基因的丰度受PAHs浓度的影响,且根表环境中PAHs降解基因丰度最高,是PAHs代谢最为旺盛的区域。根表的PAHs代谢在去除土壤PAHs污染以及减低植物PAHs污染风险中起着不可替代的作用。

沉积物中多环芳烃对反硝化功能基因垂直分布的影响

研究了沉积物中PAHs对特定反硝化功能基因垂直分布的影响,以建立反硝化条件下PAHs和各阶段反硝化反应之间的关系.2011年3月,对珠江广州河段珠江大桥、黄沙码头和二沙岛三处具有代表性的区域沉积物进行采集,对沉积物PAHs污染和特定反硝化功能基因(narG、nirS、nosZ和nrfA)的垂直分布特征进行了研究,并通过多变量技术建立了反硝化条件下PAHs和特定反硝化功能基因之间的关系.典范对应分析(CCA)表明,硝酸盐异化还原反应和高环PAHs之间联系密切.PAHs对nosZ编码基因影响最为明显,即对反硝化作用氧化亚氮还原阶段抑制作用最强.除氧化亚氮还原阶段外,其他各阶段反硝化细菌普遍体现出对高环PAHs的适应性,特别是含有异化亚硝酸盐还原酶编码基因(nrfA)的微生物可能具有潜在的高环PAHs厌氧降解能力.亚硝态氮还原酶编码基因(nirS)表现出特异性,需要进一步深入研究.

萘降解菌NAP_A的分离、降解性能和分子系统学研究

该文研究降解多环芳烃类环境污染物的微生物资源、降解活性和分子系统特征。利用萘-无机盐选择性培养基分离萘降解菌，用培养技术和气相色谱法检测菌株对底物的利用和降解情况，用分子克隆技术获得菌株的16SrRNA基因并测序，用DNAMAN软件对菌株的16SrRNA堪因序列进行比对和系统发育分析。从淄博张店污水处理厂的活性污泥中分离到一株能降解萘的菌株NAP_A。此菌株在30—35℃和pH7条件下较快的降解底物萘，其中30℃下，10d内可以将初始质量浓度为320mg·L^-1的萘降解90％±4．5％。对菌株NAP_A的16SrRNA基因进行了克隆和测序（EU142847），基于菌株NAP_A和相关菌株的16SrRNA堪因进行系统发育分析，结果表明菌株NAP_A位于苍白杆菌属的分枝中，其中与假中间苍白杆菌种的同源性最高，可达99％，因此推断NAP_A菌是一株假中间苍白杆菌。此前并无苍白杆菌属成员降解多环芳烃的报道。这是首例苍白杆菌属成员降解多环芳烃的报道，对今后在环境污染防治中开发利用此类细菌具有指导意义。

基于1983—2019年文献计量对多环芳烃降解基因研究及进展的剖析

为全面、系统地了解1983—2019年37年间多环芳烃降解基因研究领域的发文趋势、主要的研究国家和机构、研究热点及其变化趋势等,本文以Web of Science核心数据库为数据源,利用文献计量学方法对此进行分析,结果表明:①全球对多环芳烃降解基因研究的重视程度越来越高,而且分子生物学的技术手段在该研究领域中得到了广泛应用,发文主要集中于微生物学、生物技术与应用微生物学、环境科学等3个学科;②美国、中国、日本、德国等国家发文较多,相比其他国家,中国需进一步加强与其他研究机构间的交流合作;③1983—1995年该研究领域侧重于高效降解菌的筛选及其特性研究,1996—2019年则大规模展开了对其降解途径多样性的研究,近年来更侧重于运用多种生物信息技术来研究多环芳烃的代谢机理及构建生物降解调节机制;④目前已报道了nah、phd、nag、phn、nar和nid等6类多环芳烃降解菌的功能基因,为污染场地的生物修复提供了相应支撑.

浮游藻类在水体PAHs富集与降解中的研究

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon,PAHs)是水体中常见的有机污染物,其迁移转化途径包括化学吸附、挥发、光分解和化学降解等,但生物富集与降解是水体中PAHs去除的主要环境过程。结合国内外研究动态,重点探讨了藻类对PAHs的降解机理和环境因子对降解过程的影响,同时对日后研究方向进行了展望,指出今后应加强藻类对持久性有机污染物的吸附模型、降解过程中的基因调控机制等方面的研究。