Rhodococcus sp.好氧降解四溴双酚A的特性及机理研究

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四溴双酚A是一类广泛使用的溴系阻燃剂,尤其是添加在电子产品中以降低其可燃性。然而,随着电子产品的生产、使用以及报废处理,四溴双酚A可能被释放到环境中给生态环境及人体健康带来潜在威胁。土壤是环境中有机污染物迁移、转化和蓄积的重要场所,并且土壤拥有丰富的菌群资源,开展土壤中微生物降解四溴双酚A的研究对电子废物拆解区域的生态修复具有重要意义。  本研究从台州电子废物拆解区域土壤中驯化、筛选、分离得到一株四溴双酚A高效降解菌株TR-1。由菌株的形态、生理生化特性和16S rDNA测序鉴定,确定菌株TR-1为红球菌属(Rhodococcus sp.)。在无机盐培养基中,菌株TR-1可以利用四溴双酚A作为唯一的碳源和能源进行生长。通过正交实验,得出菌株在富集培养中的最佳生长条件为pH=7.0、温度30℃、盐度2%和转速150 r/min;在无机盐培养基中,对初始浓度50 mg/L四溴双酚A的最佳降解条件为pH=7.0、温度30℃和转速150 r/min,反应168h后的降解率可达78.2%。HPLC-MS检测结果表明,四溴双酚A好氧降解过程中出现多种中间产物,其中脱溴降解产物主要为三溴双酚A、一溴双酚A和双酚A,据此模拟菌株TR-1的四溴双酚A降解途径。鉴于双酚A是菌株TR-1降解四溴双酚A产生的一种主要降解产物,且双酚A作为雌激素类污染物对环境生态有重要影响,研究中进一步考查了菌株TR-1对双酚A的降解特性。研究发现当双酚A初始浓度为50 mg/L时,在pH值为7.0、温度为30℃、转速为150 r/min条件下,反应168 h后双酚A的降解率为62.0%。双酚A的降解产物主要包括4-对羟基苯乙酮、4-对羟基苯甲酸丁酯和2-Maleylacetate等。  为了解菌株TR-1降解四溴双酚A的生物学遗传特性,本研究考查了红球菌全基因组序列的蛋白质转录和KEGG功能注释,初步探讨了菌株TR-1的生理功能等特性。通过KEGG对菌株TR-1蛋白质组的功能注释,发现其含有多种脱卤酶,从生物遗传学角度验证了其降解卤代有机物的潜能。结合菌株TR-1对四溴双酚A的模拟降解途径,推测其降解四溴双酚A的关键酶为卤代烷脱卤酶(EC:3.8.1.5)、苯酚2-单加氧酶(EC:1.14.13.7)和4-羟苯酸盐3-单加氧酶(EC:1.14.13.2)。对这三种酶的功能、同源性和基因簇进一步分析,结果表明卤代烷脱卤酶是催化卤代烷脱卤的主作用酶,属于水解酶;苯酚2-单加氧酶是催化酚类有机物降解的主作用酶,属于氧化还原酶;4-羟苯酸盐3-单加氧酶是催化羟苯酸盐氧化的主作用酶,属于氧化还原酶。系统发育树分析表明这三种酶与红球菌属菌株Rhodococcus equi具有较高的同源性;同时,基因簇分析表明,这三种酶与红球菌属菌株有较高的同线性,由此推测菌株TR-1降解四溴双酚A的功能酶系在红球菌属菌株中具有较高的保守性。  本研究初步揭示了在好氧条件下菌株TR-1(Rhodococcus sp.)对四溴双酚A的降解特性和途径,可望为四溴双酚A的微生物降解提供有益参考,并为后续的四溴双酚A污染沉积物和土壤等生态修复提供基础数据。
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