基本信息
- 项目名称：
- 苯并(a)芘(BaP)的微生物治理技术及机理研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 苯并(a)芘(BaP)是一种具有致癌，致畸，致突变性的有毒物质，污染了人类的生存环境。针对我国受苯并(a)芘污染的土壤和水体的特点，以苯并(a)芘为目标污染物，初步探讨了苯并(a)芘污染的降解方法、降解过程、微生物的酶蛋白应答影响因素，并运用敏感植物生长实验考查了苯并(a)芘降解后次生代谢产物的毒理效应，在不同实验条件下，得到用驯化好的真菌黑曲霉对污水中的污染物苯并(a)芘进行降解的新途径。
- 详细介绍：
- 微生物降解法具有原材料来源丰富、成本低廉、吸附速度快、吸附量大等优势而倍受关注。实现BaP的无毒无害无污染的降解目标，可以在经济效益、社会效益和环境效益等方面挑战过去对BaP的降解难的问题。 由于BaP的次生代谢产物通常具有更强的毒性，因此BaP微生物降解途径一直是国内外的研究热点。本项目就是根据微生物降解BaP的方法，打破了传统的作法，进一步实现了环保的共同目标。因此，研究出一种有效的降解BaP的方法是十分必要的。目前，降解BaP有物理、化学、微生物方法。其中物理和化学方法存在较大的缺点，而微生物降解BaP不存在二次污染，费用较便宜，可以大面积治理受污染的土壤，修复过程比较短，效率高等优点。因此研究微生物对BaP降解是极具研究意义的。 因此，我们以BaP为主要污染指标，探讨最佳的优势降解菌快速降解的调控措施和技术方案，实现实验室规模对BaP及其次级降解产物的高效去除以及优势降解菌的诱导性和适应性。通过驯化筛选优势菌种，对降解过程中的各种调控因子进行有效的分析和实验，以及对微生物体内各种降解酶的最佳降解条件的实验，同时，从毒理学角度，利用高等植物的发芽和生长实验来验证BaP及其次级降解产物修复后毒理学角度评价，并获得相关的模拟操作参数；初步阐明BaP及其次级降解产物的高效去除机理。
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撰写目的和基本思路
- 目前,国内许多BaP污染土壤的修复还主要围绕母体化合物的“降解率”进行研究。尽管某些微生物菌种对BaP的降解率很高，但是所生成的某些次生代谢产物毒性往往高于其母体化合物几十倍。因此，BaP的微生物代谢产物的鉴定和降解途径的分析具有重要意义。本项目运用我国特定地域筛选出的菌株研究BaP的微生物降解途径以及该优势菌株对BaP的蛋白应答、BaP代谢产物鉴定及其毒理分析等。
科学性、先进性及独特之处
- ①分离并筛选能耐受BaP的具有东北老工业基地特色的真菌和细菌，并且鉴定菌种；②鉴定微生物作用后BaP代谢所产生的有毒且易累积的代谢产物，并评价其毒理作用；③探讨在重金属影响下，BaP的老化、降解及其所产生的有毒且易累积降解产物的结构-剂量效应；同时拟和BaP降解的热力学和动力学方程；④分析确定菌株的降解途径及其蛋白应答。
应用价值和现实意义
- ① 将我们筛选驯化过的适合本地域环境的优势菌种经固定化后，应用于含有较高浓度BaP的污染土壤和复合污染废水中，高效降解BaP及其有毒且易累积的中间代谢产物，保障人们的饮水和所食用的果蔬的绿色、环保； ② 通过BaP降解产物的鉴定及毒理分析，有效控制降解过程，降低污染区域诱发癌变的几率； ③ 改善生态环境，更好的解决污染土壤和复合污染废水中的BaP的污染问题。
学术论文摘要
- 苯并(a)芘(BaP)是一种具有致癌，致畸，致突变性的有毒物质，存在于人类生活中的各个方面。针对我国受多环芳烃污染的土壤和水体的特点，以BaP为目标污染物，初步探讨了BaP的降解方法、降解过程、微生物的酶蛋白应答及其影响因素，并运用敏感植物生长实验考查BaP降解后次生代谢产物的毒理效应，在不同实验条件下，用驯化好的真菌黑曲霉对污水中的污染物BaP进行降解，其条件是①BaP的浓度为小于150mg/L②真菌黑曲霉的加入量按10%（体积比）③pH值为5.0-7.5④降解的温度范围是18-32℃⑤共代谢底物是琥珀酸钠，浓度是40mg/L。
获奖情况
- 1.投稿于《环境科学与技术》（省级）的论文一篇（待发表） 题目：苯并(a)芘及其代谢产物的微生物降解及酶蛋白应答 2.投稿于《沈阳化工大学学报》（省级）的论文一篇（待发表） 题目：黑曲霉对土壤中苯并(a)芘的降解研究
鉴定结果
- 经查新结论如下： 查新点1：“利用化学氧化（双氧水）与微生物（黑曲霉）联合的方法去除废水中的BaP的方法，克服过去单一方法治理BaP污染废水的不足”，在国内公开发表的中文文献中，未见相同文献报道。
参考文献
- 1.刘世亮,骆永明,吴龙华,等.污染土壤中苯并(a)芘的微生物共代谢修复研究[J],土壤学报,2010,47:2. 2.巩宗强,李培军,王新,等.污染土壤中多环芳烃的共代谢降解过程[J].生态学杂志,2000,19(6):40-45. 3.程国玲,李培军,王凤友,等.2003.多环芳烃污染土壤的植物与微生物修复研究进展[J].环境污染治理技术与设备,4(6):30-36.
同类课题研究水平概述
- 苯并(a)芘(BaP)是世界公认的强致癌性多环芳烃污染物,具有五环结构,可积累在生物体中,威胁人类健康。世界保健署和国际癌研究署曾将BaP定为2A类物质,美国环保局曾将其列入优先控制有毒有机污染物的黑名单。由于BaP的次生代谢产物通常具有更强的毒性,因此BaP微生物降解途径一直是国内外的研究热点。本项目就是根据微生物降解BaP的方法,打破了传统的作法,进一步实现了环保的共同目标。 微生物降解法具有原材料来源丰富、成本低廉、吸附速度快、吸附量大等优势而倍受关注。实现BaP的无毒无害无污染的降解目标,可以在经济效益、社会效益和环境效益等方面挑战过去对BaP的降解难的问题。 目前,国内许多BaP污染土壤的修复还主要围绕“降解率”进行研究。从环境毒性的角度来看,仅用苯BaP的高降解率来衡量其所造成的环境污染的修复程度是不全面、不准确的。因为未能快速降解的中间产物BaP(醌、醇、酚等未开环中间产物)仍然含有类似BaP的“三致”结构——“K”区和“湾”区,而含有此“双区”的多环芳烃化合物是和环境毒性相关的。Cerniglia 等报道,BaP的致癌主要是其代谢产物与细胞大分子DNA 相互作用所导致。因此,高降解率只是去除BaP的第一步,而其次生代谢产物就像“邪恶黑客”一样继续侵害人类。努力探索BaP降解过程中的累积产物及其环境毒性,成为当今环境科学工作者的重要任务之一。 用环境友好材料作为固定化载体,将BaP的高效降解菌或者某种酶优化条件后,应用于BaP污染的土壤的原位或异位修复,可显著提高BaP的去除率。沈阳、兰州和广州等许多地区的土壤及地下水污染,已经导致癌症等疾病的发病率和死亡率高于无污染的对照区。一些多环芳烃污染区附近的土壤BaP含量高达28-82mg•kg-1。如果在研究BaP降解的同时,进一步丰富、完善微生物降解BaP的途径,必将会推动中国的污染土壤修复工作。 综上所述,国内外对BaP的无毒无害污染的环保型降解方法的研究还比较薄弱。本课题的目的是以微生物为实验的中心材料,以生活中的BaP为目标污染物,结合各种降解过程中的影响因素,利用微生物自身的有利条件,并且对其中间的代谢产物进行了详细的分析,有效地降低了BaP的毒性,同时建立和丰富了BaP的微生物降解途径,可以在实际环境条件中,更好地为指导实地污染的治理与修复提供理论依据。
