焦化污染场地中萘降解菌株AO-4鉴定、生长、降解机理及环境条件带来的影响（五）
2.5菌株AO-4对PAHs降解的广谱性
2.5.1菌株AO-4对单一PAHs的降解
实际污染场地通常涉及多种PAHs的污染，为探讨菌株降解的广谱性，进一步测试了该降解菌AO-4对其他4种常见PAHs芴、菲、蒽和芘各自的降解能力。实验中5种污染物萘、芴、菲、蒽和芘的初始浓度各为50mg/L（各体系污染物浓度为50mg/L），体系pH为7.0，菌量为5%（OD600=1）。菌株AO-4对不同PAHs的降解率见图9，菌株对5种污染物有不同程度的降解。萘的降解率在24h达到99.85%，菲、芴、芘和蒽的降解率分别为23.94%、18.16%、7.44%和2.47%，反应至5d时，萘、菲、芴、芘和蒽降解率分别达到100%、33.13%、24.70%、14.84%和7.30%，表明该菌可不同程度降解萘、菲、芴、芘和蒽。PAHs的生物降解与污染物的结构密切相关，萘含有2个苯环，芴和菲同属于3环的PAHs，但芴的两个苯环中间含一个5环的稠环芳烃，难于降解，所以对萘的降解率高于菲，对芴的较低。高闯等研究也发现铜绿假单胞菌对菲的降解率高于芴，84h后对50mg/L的芴、菲的降解率分别为23.47%、34.83%。随着苯环数量的增加，PAHs的降解难度增大。芘为4环的PAHs，比3环的PAHs难降解。研究了铜绿假单胞菌DQ8对PAHs的降解特性，发现DQ8可有效降解3环和4环的PAHs，且4环PAHs比3环PAHs更难降解；且在四种PAHs（芴、菲、蒽、芘）混合体系中，菲和芴可在7d内被完全降解，但蒽和芘在12d之内分别只被降解了40.50%和34.50%。菌株AO-4对蒽的降解率较小，可能是因为蒽在水中的溶解度较小，导致其生物利用度较低。
图9菌株AO-4对单一体系PAHs（萘、菲、芴、芘和蒽）的降解
2.5.2菌株AO-4对混合PAHs的降解
环境介质中的PAHs多以混合形式存在，考察菌株对混合PAHs的降解效果具有重要的现实意义。菌株AO-4对混合PAHs的降解效果如图10所示。5种污染物萘、芴、菲、蒽和芘的初始浓度均为50mg/L（总体系污染物浓度为250mg/L），体系pH为7.0，菌量为5%（OD600=1）。由图可知，菌株对混合的5种污染物有不同程度的降解。萘的降解率在1d达到99.54%后保持平稳，芴、菲、蒽和芘的降解率分别为8.79%、5.14%、1.55%和0.06%；发现菌株AO-4优先以萘为碳源，萘的降解主要发生在1d内，而其他PAHs的降解率随着PAHs环数的增加而下降，说明菌株AO-4优先以低环PAHs为碳源。张娟琴等研究菌株B5降解混合PAHs（萘、蒽、芘）时也发现类似现象，萘在混合体系中72h降解率可达99.13%，而对蒽和芘的降解率分别为87.25%、75.07%。反应至5d时，芴、菲、蒽和芘降解率分别为20.95%、18.28%、4.75%和4.44%，均低于单一体系。这可能是因为PAHs种类和浓度的增加显著抑制了降解菌的活性。
高秀荣等也有类似发现，菌株Q3对单一底物菲、芘和苯并[a]芘降解率可达到98%、47%和65%；而对混合PAHs中的菲、芘和苯并[a]芘降解率仅为57%、29%和33%。卢晓霞等研究了单一菌株在16种PAHs混合物初始总量分别为17μg/mL和166μg/mL时的生长情况，发现菌株在低浓度的PAHs中生长良好，能降解低环PAHs，而在高浓度的PAHs中菌株的生长和活性受到了抑制。经过5d的降解，混合体系菌株AO-4对5种PAHs降解能力大小顺序为萘>芴>菲>蒽>芘，这可能与PAHs在水中的溶解度相关，水溶性越好的PAHs更易被生物利用。萘为2环PAHs，芴为3环，25℃其在水中的溶解度分别为31mg/L、1.69mg/L。菲与蒽均为3环PAHs，且为同分异构体，但蒽为线性分子，菲是角性分子，一般来说角性分子比线性分子在水中的溶解度大，25℃时菲和蒽在水中的溶解度分别为1.15mg/L和0.04mg/L，导致在混合体系中菲比蒽更容易被利用。芘为4环PAHs，随着环数的增加，其疏水性和毒性比其他四种PAHs更大。Sharma等也发现混合菌株在7d对芴、菲、蒽和芘的降解率分别为75%、67.8%、52.2%和39.2%，随着环数的增加，降解率也在降低。
图10菌株AO-4对混合体系PAHs（萘、芴、菲、蒽和芘）的降解
3结论
（1）从焦化污染土壤中分离筛选得到1株萘高效降解菌AO-4，通过形态结合16S rDNA序列，将其鉴定为铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）。
（2）在菌株AO-4的染色体中可检测到萘代谢途径（水杨酸代谢途径）中的关键酶基因，萘双加氧酶基因（nahAC）和儿茶酚2，3-双加氧酶基因（nahH）。推测AO-4对萘的降解是以水杨酸途径进行降解的，进一步的判断需要对其中间产物进行检测。
（3）菌株AO-4对400mg/L萘的降解率在24h可达97.67%，降解过程中菌株的生长、脱氢酶活性与萘的降解率表现为正相关。
（4）菌株AO-4可降解从1～400mg/L浓度的萘，降解率受萘初始浓度、温度、pH和菌量的影响，最适降解温度为30℃、pH为5.0～7.0；在一定范围内，菌株降解能力随着菌量（体积分数1%～5%）和初始浓度（1～20mg/L）的增大而增强。
（5）菌株AO-4对PAHs的降解具有广谱性，可有效降解萘、菲、芴、芘和蒽。在单一体系中，对萘、菲、芴、芘和蒽5d的降解率分别为100%、33.13%、24.70%、14.84%和7.30%；混合体系中，对萘、芴、菲、蒽和芘5d的降解率分别为100%、20.95%、18.28%、4.75%和4.44%。