固氮藍藻修復多氯聯苯污染水稻土的機理研究

《固氮藍藻修復多氯聯苯污染水稻土的機理研究》是依託杭州師範大學，由張杭君擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：固氮藍藻修復多氯聯苯污染水稻土的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張杭君
• 依託單位：杭州師範大學

項目摘要

多氯聯苯（PCBs）是我國南方地區面積廣大的水稻土中最典型的持久性有機污染物之一，如何有效地原位修復PCBs污染水稻土是目前污染生態研究領域的重要科學問題。為此，本研究提出以具有脫氯功能固氮藍藻降解PCBs的生物修復新策略。擬採用GC-MS等化學分析技術和2D-PAGE、MALDI-TOF、RACE等分子生物技術，分析多種具有脫氯功能固氮魚腥藻和念珠藻對不同氯代PCBs的降解規律和動力學過程；研究環境因子變化對功能藻種降解PCBs的影響效應，獲得其最最佳化降解反應參數；鑑別反應中間產物，從脫氯反應活性位點等角度探討降解的化學機理；鑑定調控功能藻種降解PCBs的特異性蛋白和相關基因，並通過體外重組和體內酶過量表達兩方面，驗證所鑑定的特異性蛋白和基因在功能藻種降解PCBs過程中的調控作用，從而闡明分子生物學機制，為水稻田PCBs原位修復提供理論依據和固氮資源利用型新技術。

結題摘要

多氯聯苯（PCBs）污染的原位生物修復是我國土壤污染化學與污染生態修復學研究的熱點問題之一。本研究發現四株藍藻對PCBs具有良好的耐受性，根據16S rRNA測序結果將其分別命名為Anabaena PD-1、Nostoc PD-2、Anabaena PD-3和Anabaena PD-4。Anabaena PD-1的16S rRNA序列已上傳至Genbank，登錄號為KF201693.1。對不同結構的三氯代PCBs的脫氯實驗發現Nostoc PD-2對PCBs的脫氯規律為：對位大於間位大於鄰位。GC-MS結果顯示PD-2對三氯PCBs的降解產物中可能為4-羥基聯苯。通過雙向電泳和質譜鑑定技術，成功鑑定25個上調錶達的蛋白。ABC轉運蛋白、異形胞連線蛋白、孔蛋白、烯醇酶、甲醇脫氫酶等10個蛋白上調倍數在100倍以上。進一步的RT-PCR結果顯示，細胞色素b6f複合體鐵硫蛋白和雙加氧酶在mRNA水平上顯著上調。綜合上述結果，推測脫氯功能藻種降解PCBs的途徑為：(1) PCBs脅迫下轉運蛋白上調，將PCBs分子轉運至藍藻細胞內；(2) 能量代謝蛋白和電子傳遞蛋白顯著上調，為PCBs的脫氯反應提高所需的能量和電子；(3) PCBs分子在雙加氧酶的作用下發生脫氯降解。增強光照、提高培養溫度、改變培養基中氮素形態以及添加碳源均能夠促進功能藻種對PCBs的降解作用。添加電子供體VB12和二硫蘇糖醇亦能明顯促進脫氯功能藻種對PCBs的降解。本項目的研究成果可為開發套用於PCBs污染水稻土原位修復的基因工程藻種提供重要科學依據。