生物滯留池在收集雨水徑流的過程中會截流其中的多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)并形成污染,研究適宜的降解方法有助于降低其造成的持久生態(tài)風(fēng)險。本研究在解析生物滯留池中PAHs污染特征及微生物群落結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,篩選出土著優(yōu)勢菌種作為受體菌,將外源PAHs高效降解基因重組至其基因組,提升原有土著優(yōu)勢菌的PAHs降解能力。同時,向菌株胞內(nèi)導(dǎo)入可調(diào)控的自毀系統(tǒng),實現(xiàn)特定情況下對菌株的誘導(dǎo)自毀目的,控制其應(yīng)用過程中潛在的生物安全風(fēng)險。生物滯留池土壤中16種PAHs的總含量介于0.32±0.11~9.76±4.71 mg/kg之間,以高環(huán)數(shù)種類(尤其是芘)為主。群落結(jié)構(gòu)分析表明雨水徑流的匯入顯著地提高了生物滯留池土壤中的微生物豐度和多樣性,索氏菌屬(Thauera)、叢毛單胞菌屬(Comamonas)及假單胞菌屬(Pseudomonas)是其中的優(yōu)勢菌屬。本研究篩選富集出一株假單胞菌,命名為Pseudomonas sp.GLB3(KT804567),作為生物滯留池土壤中的土著優(yōu)勢菌。從Mycobacterium vanbaalenii PYR-1菌株中定位到一段芘的高效降解基因—RHD2,通過重疊PCR實現(xiàn)了其與綠色熒光蛋白(Gfp)基因的融合,并通過三親結(jié)合的方式將其重組進入Pseudomonas sp.GLB3菌株的基因組,實現(xiàn)對土著菌的基因工程改造并提升了其對PAHs的降解能力。隨后,將核酸水解酶基因nuc插入到lac啟動子下游,構(gòu)建了可受IPTG誘導(dǎo)的核酸水解酶表達(dá)系統(tǒng)。將該系統(tǒng)導(dǎo)入重組菌基因組后,成功構(gòu)建了一株可受IPTG誘導(dǎo)自毀并具有PAHs降解能力的基因工程菌Pseudomonas sp.GLEKB(保藏號CCTCC:13014)。該基因工程菌對芘的降解率在為期6天的搖瓶實驗中高達(dá)76.4%,且其所攜帶功能基因RHDGfp的表達(dá)量在降解過程中與芘的降解效率顯著相關(guān)。模擬生物強化修復(fù)試驗表明,本研究所構(gòu)建的基因工程菌株P(guān)seudomonas sp.GLEKB對環(huán)境的適應(yīng)能力強,在模擬生物滯留池中可以保持穩(wěn)定的生長優(yōu)勢地位,90天內(nèi)芘的總體降解率達(dá)到70.5%。另外,該菌株還成功地展現(xiàn)出被IPTG誘導(dǎo)自毀的能力,降低了其向周圍環(huán)境中擴散的風(fēng)險。
【學(xué)位單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：X592;X172
【部分圖文】：

天內(nèi)的自然降解率小于 15%，降解作用及其微弱。且上述研究對參與其中的微生物種類、PAHs 降解機理均沒能給出明確的解釋。圖1.1 生物滯留池結(jié)構(gòu)示意圖及實地應(yīng)用

第 1 章 緒論7圖1.2 萘的細(xì)菌好氧降解途徑上世紀(jì) 80 年代末，陸續(xù)報道出多種可以降解四環(huán)及以上 PAHs 的菌種[99-101]，并且得益于核磁共振技術(shù)以及質(zhì)譜檢測技術(shù)的發(fā)展，高環(huán)數(shù) PAHs 的中間代謝產(chǎn)物得到了越來越準(zhǔn)確的鑒別。芘通常被當(dāng)做高環(huán)數(shù) PAHs 的代表，研究表明其兼具單加氧與雙加氧降解途徑[102, 103]。在芘的單加氧降解過程中，會生成其甲基化產(chǎn)物或者不可降解的萘嵌苯酮；而在主流的雙加氧途徑中，芘會在 4、5 位發(fā)生雙加氧作用，生成順式二氫二醇產(chǎn)物，繼而再通過脫氫、雙加氧作用完成開環(huán)，并通過脫氧作用脫去羧基

第 1 章 緒論8圖1.3 芘的細(xì)菌好氧降解途徑而針對五環(huán)以上 PAHs 降解途徑的研究較少，并且?guī)缀跞考杏?三致效應(yīng)最強的苯并芘[106-108]。研究表明，苯并芘只能通過共代謝作用進行降解，Gibson 等[109]以琥珀酸、聯(lián)苯以及苯并芘作為底物培養(yǎng)一株拜葉林克氏菌，從菌液中鑒別出了苯并芘的兩種中間代謝產(chǎn)物：順-9,10-二氫二醇-苯并芘以及順-7,8-二氫二醇-苯并芘，但卻沒有發(fā)現(xiàn)開環(huán)產(chǎn)物[110]。Schneider 等[111]的研究表明，在共代謝作用下，苯并芘可以在 4,5
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2864473