鲍曼不动杆菌DP-2降解邻苯二甲酸酯的广谱性及降解途径的初步研究.pdf

第38 卷第3期2023年7 月文章编号：2 0 9 6-47 49(2 0 2 3)0 3-0 30 0-11引文格式：李成，刘春敬，柳月，李博文，谢建治.鲍曼不动杆菌DP-2降解邻苯二甲酸酯的广谱性及降解途径的初步研究J.林业与生态科学，2 0 2 3，38（3）：30 0-310.LI Cheng,LIU Chunjing,LIU Yue,LI Bowen,XIE Jianzhi.Primary research of broad-spectrum and biodegradationpathways of phthalic acid esters by Acinetobacter baumannii DP-2J.Forestry and Ecological Sciences,2023,38(3):300-310.鲍曼不动杆菌 DP-2 降解邻苯二甲酸酯的广谱性及降解途径的初步研究林业与生态科学FORESTRY AND ECOLOGICAL SCIENCESDOI:10.13320/ki.hjfor.2023.0038Vol.38 No.3Jul.2 0 2 3李成1,刘春敬1，柳月1,李博文1,谢建治1（1河北农业大学资源与环境科学学院，河北省农田生态环境重点实验室，河北保定0 7 10 0 1；2省部共建华北作物改良与调控国家重点实验室，河北保定0 7 10 0 1)摘要：微生物降解是修复邻苯二甲酸酯(PAEs)污染土壤的有效途径，本研究以15种邻苯二甲酸酯（PAEs)为目标污染物,研究鲍曼不动杆菌DP-2对直链、侧链及环状取代PAEs的生物降解特性和降解途径。研究结果表明，直链取代PAEs中，随着烷基碳原子数增加,DP-2对PAEs的降解率逐渐升高，其对邻苯二甲酸二丁酯（DBP)降解率最高，为9 4.52%；对邻苯二甲酸二甲酯（DMP)的降解率最低，为42.30%；侧链取代PAEs中,DP-2对邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP）、邻苯二甲酸二（2-乙基已基）酯(DEHP)、邻苯二甲酸二丙烯酯（DAP)、邻苯二甲酸二（2-甲氧基）乙酯（DMEP)的降解率分别为9 2.33%、52.2 2%、7 7.31%和2 7.7 5%；环状取代PAEs中,DP-2对邻苯二甲酸丁酯（BBP）、邻苯二甲酸二苯酯（DPHP）、邻苯二甲酸二环已酯(DCHP)的降解率分别为8 9.8 7%、8 0.56%和6 2.9 1%。在此基础上，以DBP为代表性PAEs，采用GC-MS对DP-2的主要降解产物进行了鉴定，主要由DMP、M BP、PA 和苯甲酸衍生物组成,DBP主要通过转酯化和水解2 个途径转化为DMP和MBP,进一步转化为PA,继续被降解为BA。通过对不同取代PAEs降解途径分析,进一步证实了菌株DP-2对PAEs的降解途径。本研究结果表明DP-2降解PAEs具有较好的广谱性，在土壤PAEs污染修复领域具有较好的应用前景。关键词：邻苯二甲酸酯；生物降解；广谱性；降解途径中图分类号：X592Primary research of broad-spectrum and biodegradation pathways ofphthalic acid esters by Acinetobacter baumannii DP-2文献标志码：ALI Cheng 2,LIU Chunjing,LIU Yue,LI Bowen,XIE Jianzhil(1 College of Resources and Environmental Science,Hebei Agricultural University,KeyLaboratory for Farmland Eco-Environment of Hebei Province,Baoding 0710ol,China;2 State Key Laboratory of North China Crop Improvement and Regulation,Baoding 071ool,China)Abstract:Microbial degradation was an effective way to repair soil contaminated withphthalate esters(PAEs).In this study,a total of fifteen phthalic acid esters(PAEs)were收稿日期：2 0 2 3-0 1-18基金项目：国家自然科学基金项目（519 0 8 18 9）；河北省自然科学基金（2 0 2 2 2 0 40 2 9）。第一作者：李成（19 8 2-），男，河北保定人，硕士研究生，助理研究员，研究方向为土壤环境质量评价与监控。通信作者：谢建治（19 6 9-），男，安徽安庆人，博士，教授，研究方向为农业环境保护。第3期李成，等.鲍曼不动杆菌DP2 降解邻苯二甲酸酯的广谱性及降解途径的初步研究selected as target pollutants to investigate the biodegradation characteristics and degradationpathways of different straight-chain,side-chain and cyclic-chain PAEs by strain Acinetobact-er baumannii DP-2.The results indicated that the degradation rate of PAEs by DP-2 in-creased gradually with the increasing of alkyl carbon atom number in straight-chain PAEs.The highest degradation rate appeared in the dibutyl phthalate(DBP)treatment with thevalue of 94.52%while the lowest value appeared in the dimethyl phthalate(DMP)treatmentwhich was 42.30%.For the studied side-chain PAEs,the degradation rates of disobutylphthalate(DIBP),di-(2-ethylhexyl)phthalate(DEHP),diallyl phthalate(DAP)and di-methoxyethyl phthalate(DMEP)of DP-2 were 92.33%,52.22%,77.31%and 27.75%,respectively.For the studied cyclic-chain PAEs,the degradation rates of butyl benzylphthalate(BBP),diphenyl phthalate(DPHP)and dicyclohexyl phthalate(DCHP)of DP-2were 89.87%,80.56%and 62.91%,respectively.Taking DBP as the representative PAEs,the intermediate metabolites of DP-2 were identified by GC-MS,which were mainly com-posed of DMP,MBP,PA and benzoic acid derivatives.DBP was firstly degraded into DMPand MBP via transesterifification and hydrolysis,further converted into PA,continued to bedegraded into BA.The degradation process of PAEs by DP-2 was further confirmed by ana-lyzing the degradation pathway of different substituted PAEs.The above results proved DP-2 had quite broad spectrum and had good application potential for soil PAEs remediation.Keywords:phthalic acid esters;biodegradation;broad-spectrum;degradation pathway邻苯二甲酸酯（phthalic acid esters，PA Es)是一类由邻苯二甲酸与不同碳链结构的醇形成的酯，主要包括邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP）、邻苯二甲酸二丁酯(DBP）、邻苯二甲酸-2-乙基已基酯(DEHP)等。该类物质能够增强塑料产品的弹性和柔韧性，通常作为增塑剂被广泛用于农用塑料薄膜、食品包装袋，也可作为添加剂用于建筑材料、玩具、化妆品、农药等2 。其中,DMP、DnBP和DEHP这3种PAEs由于具有典型的内分泌干扰性和潜在的“三致”效应，被美国环保署和中国国家环境监测中心列人“优先控制污染物 3。由于PAEs在农业、工业和生活领域的广泛使用，导致其在土壤、水、空气、污泥等环境介质和生物体内残留严重，已经成为环境中最普遍存在的有机污染物之一,对生态系统和人体健康构成严重威胁-6 。土壤是PAEs重要的储藏库和中转站，科学修复土壤中PAEs污染对于降低生态环境风险和维系土壤健康具有重要意义7。微生物修复由于成本低廉、环境友好被认为是最有前景的PAEs修复技术之一8 。目前，国内外有关PAEs微生物降解的研究很多，研究者陆续从土壤、污泥、河道底泥等不同环境介质中分离筛选出DBP高效降解菌株Pseudomonas sp.YJB6和No-vosphingobium sp.DNB-S3L0-10,DEHP高效降解菌株Acinetobacter sp.SN13和Pseudomonas sp.301XB，上述研究主要侧重于单一短链二烷基类或长链二烷基类邻苯二甲酸酯的微生物降解效果和机理9-12 。此外，一些学者也针对同一降解菌株开展了多种PAEs污染物的降解研究，Chen等从沉积物中筛选分离一株能够以DBP和DEHP作为唯一碳源的降解菌 Cupriavidus oalaticus E313;Zhang等从土壤中筛选分离1株BacillusmojavensisB1811,可以对7 种PAEs进行生物降解14；梁浩花等从设施菜地土壤中筛选分离1株MicrobacteriumSp.MB1,其能够对DMP、D BP和DEHP生物降解15。在土壤中往往是各种PAEs共存，DMP、DEP、D BP、D EH P、BBP等污染物在土壤中的浓度和检出频率均较高，因此，针对同一降解菌株，开展多种PAEs污染降解研究尤为重要。课题组前期从张家口某污水处理厂活性污泥中筛选出1株DBP高效降解菌鲍曼不动杆菌DP-2（以下简称:DP-2）。本研究以DP-2为供试菌株，采用批式培养试验，比较分析该菌株对不同结构类型（直链、侧链和环状)PAEs的降解效果，并以DBP为代表性降解底物,解析该菌株的降解途径,研究结果可为PAEs污染土壤的生物修复提供理论支持。1材料与方法1.1材料供试菌株为课题组前期从污水处理厂活性污泥302中分离筛选的高效DBP降解菌：鲍曼不动杆菌DP-2（保存于中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏号No.22236)。1.2仪器、药品和培养基气相色谱一质谱联用仪（GCM S，7 8 9 0 B7000C,美国Agilent公司）；紫外分光光度计（UV-5100B，上海