河流沉积物中多环芳烃的微生物可利用性及其生物降解效能研究

多环芳烃(PAHs)在沉积物中的微生物可利用性与原位生物降解过程潜势的研究，为当前生物修复领域的难点。本课题分层次(不同PAHs污染水平的沉积物)、多目标(PAHs降解菌分离纯化、吸附特性-解吸附效能、生物降解过程、生物有效性表征)，通过构建基于原位水环境特征的PAHs化合物/上覆水/沉积物/微生物模拟体系的系列实验研究，探讨沉积物中PAHs的微生物有效性及其与解吸附行为、微生物去除特性的相关关系。在研究方法上，"近自然促进培养法"和现代分子生物学技术相结合，进行原位PAHs降解菌群构成分析、PAHs降解菌株的分离纯化鉴定。进行天然沉积物PAHs解吸附特性试验，采用温和提取与被动提取法进行PAHs生物有效性定量表征，结合沉积物中PAHs的生物降解过程，建立基于PAHs微生物有效性修正因子的生物降解动力学模式。研究可为PAHs原位生物修复过程评估及其微生物可利用性的调控提供科学依据。

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)化合物为典型持久性有机污染物，其生物降解与修复技术在世界范围内的研究和应用一直方兴未艾。近年来，越来越多的研究表明，污染物的生物有效性(生物可利用性, Bioavailability)，即污染物从环境介质中穿过生物体膜进入生物体的量，才是系关污染物在原位环境中转化和生物降解过程效率的关键因素。课题结合水环境特征与城市规划布局，采集了代表性水体近岸水域不同位置的表层沉积物样，在进行各样点理化特性表征的基础上，建立了沉积物中PAHs预处理与GC-MS检测方法体系，获取了各沉积物样中16种优先PAHs的背景浓度。基于等温吸附理论，分析了代表性沉积物样对典型PAHs的非生物性吸附-解吸附过程特性，以及沉积物中粘土矿物以及提取腐殖酸对PAHs的非生物性吸附-解吸附过程特性。结果表明：沉积物对荧蒽等温吸附符合传统的线性分配模型和Freundlich模型，取样点表层沉积物对荧蒽的吸附行为是由线性分配和表面吸附共同作用的结果；不同样点对荧蒽的吸附效应差异明显，沉积物样粒径越小，其吸附能力越强；各样点腐殖酸中元素含量H/C、O/C、C/N比值与官能团的含量不同，但官能团结构组成相似性较高，均含有羧基、羟基、羰基等活性官能团；进行了不同样点提取腐殖酸对荧蒽的吸附特性实验与吸附等温线修正Freundlich模型模拟，获取了相应的修正吸附系数(Kf´)；连续多步腐殖酸解吸附实验中，相对于加标荧蒽的吸附量，各样点解吸率为40.3%~74.8%。针对采集的表层沉积物新鲜样品，经富集筛选，采用传统培养方法与近自然纯培养法，纯化分离出能以菲和荧蒽为唯一碳源生长的两株PAHs降解菌，结合传统微生物学理论与现代分子生物学方法，进行了PAHs降解菌生理生化特性分析与菌种的鉴定实验，分别为鞘氨醇单胞菌的和克雷伯氏杆菌属。基于样点原位分离纯化的特征PAHs降解菌株，结合异丙醇温和提取和Tenax固相提取法对加标沉积物中目标PAHs化合物提取的对比分析，以及加标沉积物中目标PAHs化合物的微生物降解实验，探讨了两种提取方法用于河流沉积物中PAHs微生物可利用性的表征的可行性。本研究有助于揭示PAHs在环境中的归趋，可为水环境生态安全评估、环境风险评价以及生物修复技术的应用等提供理论参考和技术支撑。