低基质水源水条件下功能菌共代谢降解PPCPs酶学调控机制

应用水源水预处理工艺-曝气生物滤池，将新兴痕量污染物-药品和个人护理用品（PPCPs）消除在饮用水的前端处理是较为安全的策略，但低基质、贫营养水源水的环境条件极有可能成为降解PPCPs功能菌发挥稳定性能的限制性因素。在前期研究已证明功能菌降解苯扎贝特、卡马西平、布洛芬三种典型PPCPs是共代谢过程的前提下，建立低基质水源水条件下共代谢关键酶系的识别及分离方法，探明曝气生物滤池中环境生态因子对共代谢关键酶系诱导、发生及活性影响的定性机制及定量指标体系；界定初级碳源与目标污染物对共代谢关键酶系的竞争抑制的定性、定量关系；同步协同调控水质"三致"作用毒理学效应，建立既能充分发挥功能菌降解PPCPs共代谢效果，又能确保水质安全性的协同调控方法。项目最终阐明低基质水源水条件下PPCPs共代谢降解酶学调控机制并建立工程调控方法，对于发展水源水预处理去除持久性污染物有较大现实意义。

应用水源水预处理工艺—曝气生物滤池（BAF），将新兴痕量污染物—药品和个人护理用品（PPCPs）消除在饮用水的前端处理环节是较为安全的策略，但低基质、贫营养水源水的环境条件极有可能成为降解PPCPs功能菌发挥稳定性能的限制性因素。项目研究成果对于发展水源水生物预处理控制饮用水中PPCPs的方法与技术有着较为重要的现实意义。.项目选取碘普罗胺（IOP）、碘美普尔（IOM）和苯扎贝特（BZF）三种药品作为典型PPCPs，利用课题组前期分离得到的可分别高效降解IOP和BZF的功能菌Pseudomonas SP. I-24（I-24）和Pseudomonas putida B-31（B-31）进行了系列研究。主要研究结果如下：（1）淀粉和葡萄糖分别为功能菌I-24和B-31的最佳共代谢碳源，IOP和IOM的最高降解率分别为92.70%和38.43%，BZF为76.98%。.（2）从I-24和B-31中提取降解酶进行研究，得出IOP降解酶在pH 7~8、10~40 °C，IOM降解酶在pH 6~8、0~60 °C，BZF降解酶在pH6~7、10~40 °C时具有较好的pH和温度稳定性，并测定了IOP降解酶、IOM降解酶和BZF降解酶的米氏常数Km和最大反应速度Vm。虽然IOP、IOM和BZF并非功能菌正常生长的必须因子，却是与PPCPs相关的降解酶的诱导因子之一。.（3）通过对碳源条件分别为IOP、IOP+淀粉和IOP+葡萄糖三组不同培养基条件下的功能菌蛋白质进行双向电泳测试，发现在只有IOP的样品中蛋白质等电点在4.5-6.0之间，其他两种为4.5-8.5，三组蛋白质分子量均位于25 kDa和45 kDa之间。对淀粉和葡萄糖条件下的蛋白质进行差异点分析，得出28个差异点，相对于葡萄糖条件下的蛋白质，淀粉条件下的蛋白质共有23个点位上调表达，5个点位下调表达。MALDI-TOF MS成功鉴定了其中24个点位，分析得出淀粉通过ATP合成、蛋白质转录和运输等重要生理环节提高了降解酶的诱导水平。.（4）应用小型BAF装置，将两种功能菌及其提取的降解酶投加到两组滤池中，与一组只接种活性污泥的滤池对照，其获得最高PPCPs去除率的最佳碳源与摇瓶实验吻合，功能菌和降解酶对CODMn、氨氮、UV254等常规污染指标的去除无明显提升作用，但是对于三类PPCPs则体现出了较好的去除效果和抗负荷