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基本信息

項(xiàng)目名稱：
苯并(a)芘(BaP)的微生物治理技術(shù)及機(jī)理研究
小類：
能源化工
簡介：
苯并(a)芘(BaP)是一種具有致癌，致畸，致突變性的有毒物質(zhì)，污染了人類的生存環(huán)境。針對(duì)我國受苯并(a)芘污染的土壤和水體的特點(diǎn)，以苯并(a)芘為目標(biāo)污染物，初步探討了苯并(a)芘污染的降解方法、降解過程、微生物的酶蛋白應(yīng)答影響因素，并運(yùn)用敏感植物生長實(shí)驗(yàn)考查了苯并(a)芘降解后次生代謝產(chǎn)物的毒理效應(yīng)，在不同實(shí)驗(yàn)條件下，得到用馴化好的真菌黑曲霉對(duì)污水中的污染物苯并(a)芘進(jìn)行降解的新途徑。
詳細(xì)介紹：
微生物降解法具有原材料來源豐富、成本低廉、吸附速度快、吸附量大等優(yōu)勢而倍受關(guān)注。實(shí)現(xiàn)BaP的無毒無害無污染的降解目標(biāo)，可以在經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益等方面挑戰(zhàn)過去對(duì)BaP的降解難的問題。 由于BaP的次生代謝產(chǎn)物通常具有更強(qiáng)的毒性，因此BaP微生物降解途徑一直是國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。本項(xiàng)目就是根據(jù)微生物降解BaP的方法，打破了傳統(tǒng)的作法，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了環(huán)保的共同目標(biāo)。因此，研究出一種有效的降解BaP的方法是十分必要的。目前，降解BaP有物理、化學(xué)、微生物方法。其中物理和化學(xué)方法存在較大的缺點(diǎn)，而微生物降解BaP不存在二次污染，費(fèi)用較便宜，可以大面積治理受污染的土壤，修復(fù)過程比較短，效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此研究微生物對(duì)BaP降解是極具研究意義的。 因此，我們以BaP為主要污染指標(biāo)，探討最佳的優(yōu)勢降解菌快速降解的調(diào)控措施和技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模對(duì)BaP及其次級(jí)降解產(chǎn)物的高效去除以及優(yōu)勢降解菌的誘導(dǎo)性和適應(yīng)性。通過馴化篩選優(yōu)勢菌種，對(duì)降解過程中的各種調(diào)控因子進(jìn)行有效的分析和實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)微生物體內(nèi)各種降解酶的最佳降解條件的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，從毒理學(xué)角度，利用高等植物的發(fā)芽和生長實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證BaP及其次級(jí)降解產(chǎn)物修復(fù)后毒理學(xué)角度評(píng)價(jià)，并獲得相關(guān)的模擬操作參數(shù)；初步闡明BaP及其次級(jí)降解產(chǎn)物的高效去除機(jī)理。

作品圖片

  • 苯并(a)芘(BaP)的微生物治理技術(shù)及機(jī)理研究
  • 苯并(a)芘(BaP)的微生物治理技術(shù)及機(jī)理研究

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目前,國內(nèi)許多BaP污染土壤的修復(fù)還主要圍繞母體化合物的“降解率”進(jìn)行研究。盡管某些微生物菌種對(duì)BaP的降解率很高，但是所生成的某些次生代謝產(chǎn)物毒性往往高于其母體化合物幾十倍。因此，BaP的微生物代謝產(chǎn)物的鑒定和降解途徑的分析具有重要意義。本項(xiàng)目運(yùn)用我國特定地域篩選出的菌株研究BaP的微生物降解途徑以及該優(yōu)勢菌株對(duì)BaP的蛋白應(yīng)答、BaP代謝產(chǎn)物鑒定及其毒理分析等。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

①分離并篩選能耐受BaP的具有東北老工業(yè)基地特色的真菌和細(xì)菌，并且鑒定菌種；②鑒定微生物作用后BaP代謝所產(chǎn)生的有毒且易累積的代謝產(chǎn)物，并評(píng)價(jià)其毒理作用；③探討在重金屬影響下，BaP的老化、降解及其所產(chǎn)生的有毒且易累積降解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)-劑量效應(yīng)；同時(shí)擬和BaP降解的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程；④分析確定菌株的降解途徑及其蛋白應(yīng)答。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

① 將我們篩選馴化過的適合本地域環(huán)境的優(yōu)勢菌種經(jīng)固定化后，應(yīng)用于含有較高濃度BaP的污染土壤和復(fù)合污染廢水中，高效降解BaP及其有毒且易累積的中間代謝產(chǎn)物，保障人們的飲水和所食用的果蔬的綠色、環(huán)保； ② 通過BaP降解產(chǎn)物的鑒定及毒理分析，有效控制降解過程，降低污染區(qū)域誘發(fā)癌變的幾率； ③ 改善生態(tài)環(huán)境，更好的解決污染土壤和復(fù)合污染廢水中的BaP的污染問題。

學(xué)術(shù)論文摘要

苯并(a)芘(BaP)是一種具有致癌，致畸，致突變性的有毒物質(zhì)，存在于人類生活中的各個(gè)方面。針對(duì)我國受多環(huán)芳烴污染的土壤和水體的特點(diǎn)，以BaP為目標(biāo)污染物，初步探討了BaP的降解方法、降解過程、微生物的酶蛋白應(yīng)答及其影響因素，并運(yùn)用敏感植物生長實(shí)驗(yàn)考查BaP降解后次生代謝產(chǎn)物的毒理效應(yīng)，在不同實(shí)驗(yàn)條件下，用馴化好的真菌黑曲霉對(duì)污水中的污染物BaP進(jìn)行降解，其條件是①BaP的濃度為小于150mg/L②真菌黑曲霉的加入量按10%（體積比）③pH值為5.0-7.5④降解的溫度范圍是18-32℃⑤共代謝底物是琥珀酸鈉，濃度是40mg/L。

獲獎(jiǎng)情況

1.投稿于《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》（省級(jí)）的論文一篇（待發(fā)表） 題目：苯并(a)芘及其代謝產(chǎn)物的微生物降解及酶蛋白應(yīng)答 2.投稿于《沈陽化工大學(xué)學(xué)報(bào)》（省級(jí)）的論文一篇（待發(fā)表） 題目：黑曲霉對(duì)土壤中苯并(a)芘的降解研究

鑒定結(jié)果

經(jīng)查新結(jié)論如下： 查新點(diǎn)1：“利用化學(xué)氧化（雙氧水）與微生物（黑曲霉）聯(lián)合的方法去除廢水中的BaP的方法，克服過去單一方法治理BaP污染廢水的不足”，在國內(nèi)公開發(fā)表的中文文獻(xiàn)中，未見相同文獻(xiàn)報(bào)道。

參考文獻(xiàn)

1.劉世亮,駱永明,吳龍華,等.污染土壤中苯并(a)芘的微生物共代謝修復(fù)研究[J],土壤學(xué)報(bào),2010,47:2. 2.鞏宗強(qiáng),李培軍,王新,等.污染土壤中多環(huán)芳烴的共代謝降解過程[J].生態(tài)學(xué)雜志,2000,19(6):40-45. 3.程國玲,李培軍,王鳳友,等.2003.多環(huán)芳烴污染土壤的植物與微生物修復(fù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,4(6):30-36.

同類課題研究水平概述

苯并(a)芘(BaP)是世界公認(rèn)的強(qiáng)致癌性多環(huán)芳烴污染物,具有五環(huán)結(jié)構(gòu),可積累在生物體中,威脅人類健康。世界保健署和國際癌研究署曾將BaP定為2A類物質(zhì),美國環(huán)保局曾將其列入優(yōu)先控制有毒有機(jī)污染物的黑名單。由于BaP的次生代謝產(chǎn)物通常具有更強(qiáng)的毒性,因此BaP微生物降解途徑一直是國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。本項(xiàng)目就是根據(jù)微生物降解BaP的方法,打破了傳統(tǒng)的作法,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了環(huán)保的共同目標(biāo)。 微生物降解法具有原材料來源豐富、成本低廉、吸附速度快、吸附量大等優(yōu)勢而倍受關(guān)注。實(shí)現(xiàn)BaP的無毒無害無污染的降解目標(biāo),可以在經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益等方面挑戰(zhàn)過去對(duì)BaP的降解難的問題。 目前,國內(nèi)許多BaP污染土壤的修復(fù)還主要圍繞“降解率”進(jìn)行研究。從環(huán)境毒性的角度來看,僅用苯BaP的高降解率來衡量其所造成的環(huán)境污染的修復(fù)程度是不全面、不準(zhǔn)確的。因?yàn)槲茨芸焖俳到獾闹虚g產(chǎn)物BaP(醌、醇、酚等未開環(huán)中間產(chǎn)物)仍然含有類似BaP的“三致”結(jié)構(gòu)——“K”區(qū)和“灣”區(qū),而含有此“雙區(qū)”的多環(huán)芳烴化合物是和環(huán)境毒性相關(guān)的。Cerniglia 等報(bào)道,BaP的致癌主要是其代謝產(chǎn)物與細(xì)胞大分子DNA 相互作用所導(dǎo)致。因此,高降解率只是去除BaP的第一步,而其次生代謝產(chǎn)物就像“邪惡黑客”一樣繼續(xù)侵害人類。努力探索BaP降解過程中的累積產(chǎn)物及其環(huán)境毒性,成為當(dāng)今環(huán)境科學(xué)工作者的重要任務(wù)之一。 用環(huán)境友好材料作為固定化載體,將BaP的高效降解菌或者某種酶優(yōu)化條件后,應(yīng)用于BaP污染的土壤的原位或異位修復(fù),可顯著提高BaP的去除率。沈陽、蘭州和廣州等許多地區(qū)的土壤及地下水污染,已經(jīng)導(dǎo)致癌癥等疾病的發(fā)病率和死亡率高于無污染的對(duì)照區(qū)。一些多環(huán)芳烴污染區(qū)附近的土壤BaP含量高達(dá)28-82mg?kg-1。如果在研究BaP降解的同時(shí),進(jìn)一步豐富、完善微生物降解BaP的途徑,必將會(huì)推動(dòng)中國的污染土壤修復(fù)工作。 綜上所述,國內(nèi)外對(duì)BaP的無毒無害污染的環(huán)保型降解方法的研究還比較薄弱。本課題的目的是以微生物為實(shí)驗(yàn)的中心材料,以生活中的BaP為目標(biāo)污染物,結(jié)合各種降解過程中的影響因素,利用微生物自身的有利條件,并且對(duì)其中間的代謝產(chǎn)物進(jìn)行了詳細(xì)的分析,有效地降低了BaP的毒性,同時(shí)建立和豐富了BaP的微生物降解途徑,可以在實(shí)際環(huán)境條件中,更好地為指導(dǎo)實(shí)地污染的治理與修復(fù)提供理論依據(jù)。
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