摘要: 十溴联苯醚(BDE-209)是一种广泛使用的多溴联苯醚类阻燃剂，由于其具有长的半衰期，已在环境中被频繁检出。BDE-209具有生物积累性和生物毒性，严重威胁人类健康和生态安全，因此开发有效的方法从污染环境中消除BDE-209至关重要。本研究通过筛选获得新... 展开 十溴联苯醚(BDE-209)是一种广泛使用的多溴联苯醚类阻燃剂，由于其具有长的半衰期，已在环境中被频繁检出。BDE-209具有生物积累性和生物毒性，严重威胁人类健康和生态安全，因此开发有效的方法从污染环境中消除BDE-209至关重要。本研究通过筛选获得新型微生物菌群GY1，分析了GY1对BDE-209降解性能、转化机制以及降解过程中群落变化。对GY1进一步分离获得微杆菌Y2，开展了其对BDE-209的降解性能、降解产物以及BDE-209胁迫下细胞生理响应及细胞膜特性变化研究，利用iTRAQ(isobaric tags for relative and absolute quantitation)和高通量测序技术分析了微杆菌Y2在BDE-209胁迫下的差异蛋白以及水-沉积物修复过程中微杆菌Y2和土著微生物之间的相互作用关系。主要研究结果如下： 测序结果表明Hyphomicrobium、Pseudomonas、Aminobacter、Chryseobacterium、Bacillus、Pseudaminobacter、Stenotrophomonas、Sphingobacterium和Microbacterium是GY1中主要菌属。功能预测结果表明富集过程中BDE-209降解效果的不断提升归功于与BDE-209转化相关的功能基因的高度表达。微生物菌群GY1能以BDE-209为碳源和能源进行生长。降解优化结果表明在温度为30℃，pH为7，投菌量为2g/L条件下，GY1在7天内对1mg/L的BDE-209降解率达到51.3%。GY1降解BDE-209主要依靠胞内酶的作用，此外，共检测到12种脱溴产物，包括BDE-208、BDE-207、BDE-206、BDE-205、BDE-190、BDE-181、BDE-155、BDE-154、BDE-99、BDE-47、BDE-17和BDE-7，表明GY1对BDE-209的有氧降解是一系列脱溴过程。毒性实验结果表明，经GY1处理后的体系毒性降低，证明GY1与BDE-209的反应是一个解毒过程。研究还发现在BDE-209胁迫下GY1细胞活力发生改变，胞内丙二醛(MDA)含量明显上升，低浓度的BDE-209(≤3mg/L)促进了超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的表达，但在高浓度BDE-209(＞3mg/L)胁迫下观察到SOD和CAT酶活性受到了明显的抑制。 群落分析结果表明将GY1富集培养之后，优势菌种发生明显变化，部分菌种甚至完全丢失。Stenotrophomonas、Microbacterium和Sphingobacterium转变成其主要菌属，并在BDE-209降解过程中占有重要地位。通过传统划线分离法得到BDE-209降解菌Y2，系统发育树结果表明Y2为微杆菌。优化实验表明在温度为30℃、pH为7、接种量为2g/L、氮源为硫酸铵时，微杆菌对1mg/L的BDE-209在5天内降解效果为57.6%，其中胞内酶在降解过程中占有主导地位。在BDE-209降解过程中共检测到11种脱溴产物，包括BDE-208、BDE-207、BDE-206、BDE-205、BDE-181、BDE-154、BDE-99、BDE-47、BDE-17、BDE-15和BDE-7。 BDE-209胁迫下微杆菌Y2细胞膜通透性和疏水性发生改变，同时BDE-209诱导了过量活性氧簇(ROS)的产生，致使细胞发生脂质过氧化反应，细胞膜电位下降。抗氧化酶SOD和CAT酶被激活以抵消BDE-209引起的氧化应激。此外，BDE-209作用扰乱了微杆菌Y2细胞正常周期，并引起细胞启动凋亡程序以适应外界不利环境。 蛋白组学分析结果表明，卤酸脱卤酶和谷胱甘肽S-转移酶是微杆菌Y2降解BDE-209的关键功能蛋白，此外ABC转运蛋白的表达可以促进BDE-209及其代谢产物的排出，从而降低污染物毒性并有助于BDE-209的降解。为抵抗BDE-209对菌体的损伤，SOD、CAT、热休克蛋白90、核糖核酸酶E、寡聚核糖核苷酸降解酶、30S核糖体蛋白、50S核糖体蛋白以及多药耐药蛋白等在降解过程中均呈现明显上调。BDE-209通过诱导丙酮酸脱氢酶E1组分β亚基和二氢硫辛酰胺脱氢酶的上调加快丙酮酸复合酶的合成来支持葡萄糖代谢、脂肪酸代谢以及TCA循环。丙氨酸脱氢酶可逆催化丙氨酸氧化脱氨形成丙酮酸，并通过TCA循环为细胞提供能量。预苯酸脱水酶的上调有利于L-苯丙氨酸相关蛋白质的合成从而影响微杆菌Y2的细胞活性。此外，谷氨酸脱氢酶、异亮氨酰-tRNA合成酶和缬氨酰-tRNA合成酶的表达量在BDE-209降解过程中显著下调，这表明微杆菌Y2细胞内蛋白质的合成在一定程度上受到了抑制。 毒性评估实验表明微杆菌Y2降解BDE-209的过程是一个解毒的过程，这有利于BDE-209污染环境的微生物修复。与对照组相比，加入微杆菌Y2的水-沉积物样品中BDE-209的降解率明显提高，并在7周后降解率达到40.0%。高通量测序结果表明微杆菌Y2能够在水-沉积物修复体系中定殖并稳定生长，此外Luteimonas、Methylovorus、Hyphomicrobium、Methylobacillus和Ramlibacter也可能参与了水-沉积物中BDE-209的降解。功能预测结果分析发现细胞色素P450还原酶、儿茶酚2,3-双加氧酶、2-卤代酸脱卤酶以及谷胱甘肽S-转移酶的过量表达可能与水-沉积物中BDE-209的降解相关。这一结果说明水-沉积物中BDE-209的降解可能不仅与引入的微杆菌Y2的活性有关，而且还可能与引入的细菌所刺激的土著微生物种群功能的改变有关。 收起