[发明专利]利用红球菌JZX‑01对多环芳烃污染物芘的降解方法

说明书

技术领域

本发明涉及一株利用红球菌JZX-01降解多环芳烃污染物芘的方法，属于利用微生物的生物降解领域，具体是在实验室模拟的条件下利用红球菌JZX-01降解芘的方法研究与优化。

背景技术

随着石油开采和使用量的增加，大量的石油及其加工品进入环境，原油的采集、精炼、运输、燃烧等过程中会产生大量的多环芳烃，不可避免地对环境造成污染，多环芳烃的积累已经越来越严重地威胁着人类的健康，已成为世界各国共同关注的有机污染物。多环芳烃是指分子中含有2个或2个以上苯环的碳氢化合物，如萘、蒽、菲、芘、联苯、三联苯等。多环芳烃广泛存在于土壤、水体和空气中，水溶性差、具有热稳定性，而且其中相当的一部分都具有慢性毒性和致癌、致畸、致突变的“三致”作用，对人类健康和生态环境造成了巨大危害，是环境中一类危险而需重点研究的化合物。尤其是多环类的菲、芘等极难在环境中降解，是一种亟需治理的环境污染物。

由于芘的“三致”特性(致癌、致畸、致突变)，对人类健康和生态环境都具有非常大的潜在危害。1979年，美国环保局(EPA)就已将芘在内的16种多环芳烃列入优先检测污染物中。从化学性质上看，一方面，芘具有稳定性和疏水性，使其能够持久地在环境中留存如不及时有效治理则可能对生态环境造成长久的危害；另一方面，芘还具有脂溶性和累积性，能够很容易地被动物肠胃吸收，由于无法有效分解，会经食物链逐级放大而富集，并迅速的被广泛分布到不同组织中发挥作用。

从作用机理上看，芘进入高等生物的生物体之后，细胞色素P450依赖的混合氧化酶系会先将其氧化或羟基化，然后在第二阶段酶的催化下，一些内源性分子(如谷胱甘肽、葡萄糖醛酸等)与被氧化后的芘代谢产物相结合，形成低毒性且易排放的产物，而有时候在氧化或羟基化之后就被转化成致癌物。对芳香烃类致癌物的结构和活性方面研究表明，多环芳烃及其产物由于蛋白质酮－烯醇互变异构反应中的某一催化作用，导致蛋白质的不可逆转变，从而使细胞癌变。此外，芘的代谢过程还会造成酶的失活、蛋白结构的变异以及DNA断链等一系列损伤，进而引起细胞组织器官的进一步恶化。

目前，全球每年有成千上万吨的多环芳烃要被释放到环境中，而这已经远远超出了环境系统所具有的自净能力。寻找一种能够对多环芳烃污染进行高效治理的方法已迫在眉睫。近年来，国内外治理多环芳烃污染的途径从原理上可大致分为三类：物理法、化学法及生物治理法。(1)物理法主要是通过焚烧或填埋等手段来处理污染物。然而，焚烧的产物往往会给环境带来二次污染；而填埋则不能从根本上解决污染的问题。物理方法的使用有非常大的局限性，是治标不治本的解决途径^[1]。(2)化学法主要是利用有机溶剂的萃取、洗涤和利用氧化剂氧化等手段来处理污染物。有机溶剂萃取的方法可将污泥中的有机污染物分离出来；洗涤及氧化剂氧化的方法则可净化污染的土壤及水源。化学方法虽然治理效果好，但使用时操作复杂，还可能引起二次污染，因此也有一定的局限性^[2]。(3)生物治理法主要是利用微生物和动植物等生命体的生命活动来降解、吸收、利用多环芳烃污染物，并将其转化为对环境无毒无害的物质，是一种能够达到对多环芳烃污染进行无害化处理的环境生物技术^[3]。与其他处理方法相比，生物治理法具有操作简便、成本低廉、无二次污染、治理效果好、且能够恢复土壤生长能力等明显优势。对生物治理手段的研究，对于缓解石油污染、多环芳烃类难降解物质修复、改善生态环境具有重大的生态意义。

生物降解中微生物降解起重要作用，可降解多环芳烃的微生物包括细菌、真菌和藻类，其中细菌在大多数环境中发挥主要作用。微生物对不同的多环芳烃具有不同的降解机制。对于低分子量多环芳烃代谢途径的研究，近年来比较完善，如对萘、菲等的研究较多、代谢途径比较清楚；而对于高环多环芳烃的代谢途径所做的研究还非常有限，如对芘的代谢机制还无法完全解析，对5-6环的多环芳烃更是很少有相关报道^[4,5]。因为具有环状结构的多环芳烃，多环结构很难裂解，其生物降解机制较为复杂。低分子量的多环芳烃水溶性较好，能够被多种微生物降解；而对于高分子量尤其是四环及以上的多环芳烃，其分子结构复杂，难以被氧化，且热稳定性较强，很难分离得到适用的降解菌，这主要是目前从自然界分离出来的能够降解高环多环芳烃的菌株数量太少造成的^[6]。

为了分离得到降解多环芳烃芘的菌株，以芘为唯一碳源对本实验室现存的200余株石油降解菌进行筛选，最终得到对芘具有高效降解能力的红球菌JZX-01。