紅球菌對多氯聯(lián)苯的降解與趨化及基因組學研究.pdf

1、多氯聯(lián)苯(Polychlorinated biphenyls，PCBs)是一類典型的持久性有機污染物，對人類健康和生態(tài)安全構成威脅。PCBs污染土壤的微生物修復因具有經(jīng)濟、環(huán)境友好等優(yōu)點而成為研究熱點。微生物降解PCBs的研究主要集中在菌株的篩選和代謝途徑的解析，而PCBs的高度疏水性是實際生物修復效率低下的重要原因，降解菌的趨化性則有助于提高PCBs生物有效性。目前對鞭毛菌的趨化與降解研究較多，但對紅球菌等無鞭毛而又在環(huán)境中廣泛分布的

2、降解菌趨化研究較少。
　　本文以PCBs降解紅球菌Rhodococcus ruber SS1、Rhodococcus pyridinivorans SS2和Rhodococcus biphenylivorans TG9為研究對象，考察其對PCBs母體聯(lián)苯和PCBs的耐受與降解能力，以及對聯(lián)苯及其代謝產物苯甲酸、PCBs及其代謝產物氯代苯甲酸和TCA循環(huán)中間代謝產物的趨化性。選擇降解能力較強的新種模式株TG9進行全基因組測序，通過注

3、釋獲得降解和趨化相關基因。利用RT-qPCR技術對好氧降解關鍵基因、趨化基因和氣囊蛋白合成基因的表達進行研究。之后以實際污染水稻土為例，模擬干濕條件下，考察PCBs消減情況，并對PCBs脫氯菌、好氧降解關鍵基因、趨化基因和鞭毛蛋白基因豐度進行研究，主要研究結果如下:
　　(1)菌株SS1、SS2和TG9均有較強的聯(lián)苯耐受和降解性能，其中TG9可耐受超過3000mg/L的聯(lián)苯，且降解PCBs效率較高。3株菌能代謝聯(lián)苯和PCBs的代謝

4、產物苯甲酸和氯代苯甲酸，表明它們具備完整的聯(lián)苯/PCBs代謝途徑。
　　(2)SS1和SS2細胞表面疏水性高，可能是其降解效率高的重要原因;而TG9的細胞表面疏水性低，卻有很強的降解能力，原因值得進一步探索。
　　(3)點滴平板實驗表明，在固體中，3株菌對受試PCBs均無趨化性;對聯(lián)苯有趨化，且TG9屬于誘導趨化;對聯(lián)苯代謝產物苯甲酸和PCBs代謝產物2-CBA有趨化;對TCA循環(huán)中間產物也有趨化。對代謝中間產物和TCA循環(huán)

5、中間產物的趨化可能是菌株對PCBs高效降解的重要原因。毛細管趨化實驗表明，在液體中，3株菌對聯(lián)苯、苯甲酸、2-CBA和TCA循環(huán)中間產物檸檬酸沒有趨化現(xiàn)象。電鏡結果表明3株菌均無鞭毛和菌毛運動器官，推測在固體平板上可能通過滑動的方式趨化。
　　(4)TG9基因組大小為5.28M，GC含量68.04％。預測有4882個CDS，tRNA基因53個，rRNA基因12個，sRNA基因2個。TG9基因組擁有完整的聯(lián)苯/PCBs代謝酶bph編

6、碼及調控基因。TG9基因組含有趨化基因mcp、cheR和cheY。TG9基因組含有氣囊蛋白合成基因簇。
　　(5)RT-qPCR結果表明，以PCB1為碳源，bphA、cheY4、氣囊相關基因gvpA、gvpJ和gvpS的表達量均上調;以聯(lián)苯為碳源，bphA、mcp、cheR、cheY4和gvpJ表達量顯著上調;以苯甲酸為碳源，bphA和cheY4的表達量顯著上調;以檸檬酸為碳源，cheY1、cheY4、gvpA和gvpJ的表達量顯

7、著上調。推測mcp、cheR和cheY4基因可能參與TG9的趨化調控，且TG9對聯(lián)苯和PCB1的降解和趨化可能有內在聯(lián)系。
　　(6)水稻土淹水促進高氯代PCBs消減，落干促進低氯代PCBs消減。較培養(yǎng)初期，脫氯菌的拷貝數(shù)淹水處理提高15.3％，落干處理提高12.4％;bphC和趨化基因cheA的拷貝數(shù)變化不明顯;淹水處理鞭毛蛋白基因fliC的拷貝數(shù)顯著下降。冗余分析表明，脫氯菌群豐度受高氯代PCBs影響，且脫氯菌的豐度和高氯代P