二硫化碳胁迫下硝化菌群响应机制研究.pdfVIP

摘要

我国每年约有100万吨二硫化碳（Carbondisulfide，CS）用于粘胶纤维和玻璃纸

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的生产。虽然CS2在工业生产中得到了广泛使用，但CS2也是一种酶抑制剂，具有细

胞毒性作用。工业上常通过曝气去除CS，然而一些CS会继续留存在水中并进入污

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水处理阶段，影响硝化污泥性能。目前，关于硝化污泥应对CS2胁迫的研究普遍缺乏，

因此本课题通过短期实验和长期实验分别探讨了CS短期和长期胁迫下硝化污泥性能

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的变化，目前取得的主要结果如下：

（1）采用短期批次实验发现CS2对硝化污泥性能呈现梯度浓度抑制，CS2对硝化

作用的半抑制浓度为3.57mg/L。利用试剂盒对受到梯度浓度CS2胁迫的硝化污泥进

行代谢活性和抗氧化系统活性检测，发现低浓度CS2（0-40mg/L）增加了细胞膜通透

性，促进了细胞对养分的吸收，从而增强腺嘌呤核苷三磷酸活性和电子传递活性。活

性氧、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性增加，表明低浓度CS2造成了细胞氧化应激

损伤并进行了修复。但是以上与代谢活性和抗氧化活性相关的指标均在高浓度CS2

（100mg/L-200mg/L）下被抑制。通过测量硝化酶活发现，所有浓度CS2均降低了氨

单加氧酶的活性，低浓度CS增加了亚硝酸盐氧化还原酶的活性，高浓度则产生抑制。

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实时荧光定量PCR结果显示amoA和nxrB基因丰度未受CS2影响，可能与CS2只影

响了酶的构象有关。

（2）长期CS2胁迫下（20mg/L-200mg/L）硝化污泥性能被完全抑制，这与CS2

的长期吸附与积累有关。三维激发发射矩阵光谱显示硝化污泥受到CS长期胁迫后可

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溶性微生物产物分泌增加。通过液相色谱与X射线光电子能谱分析表明微生物在长期

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CS胁迫下可能发生了CS→COS→HS→S→SO→SO的同化过程。经16SrRNA

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分析表明当CS2存在时与硝化有关的Proteobacteria，Rhodanobacter相对丰度降低，

参与硫氧化的Actinobacteria，Sinomonas相对丰度升高。利用非靶向代谢组对0mg/L、

40mg/L和200mg/LCS2胁迫下的污泥进行分析，经PCA分析表明3组样本在不同浓

度CS2下代谢物差异明显，经富集通路分析表明差异代谢物主要富集在嘌呤代谢、谷

胱甘肽代谢等途径。多组学数据联合分析表明40mg/LCS2胁迫后硝化污泥菌群与代

谢产物存在很强的相关性，这些菌群在调节CS2引起的代谢紊乱中发挥了重要作用。

关键词：二硫化碳；硝化反应；氧化应激；代谢活性；多组学分析

ABSTRACT

About1milliontonsofcarbondisulfide(CS)areusedintheproductionofrayonand

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cellophaneeveryyearinChina.AlthoughCSiswidelyusedinindustrialproduction,CSis