表层沉积物中6∶2氟调醇生物降解对细菌群落结构的影响

作者:王丹;侯珍;张琪;周萤;卢晓霞; 刊名:环境科学 上传者:初国卿

【摘要】6∶2氟调醇(6∶2 FTOH)是一种多氟烷基物质,近年被广泛用于工业和消费品中,对环境有潜在威胁,但目前关于6∶2FTOH及其降解产物对沉积物中微生物群落结构的影响还不清楚.本研究的目的是通过基因分析方法探索6∶2 FTOH生物降解对表层沉积物中细菌群落结构的影响.从天津海河采集表层沉积物和河水,在实验室进行微宇宙实验,通过LC-MS/MS测定6∶2 FTOH及其降解产物的浓度,通过变性梯度凝胶电泳和高通量测序分析细菌的群落结构.结果表明,6∶2 FTOH在微生物的作用下可发生降解(半衰期小于3 d),生成6∶2 FTCA、6∶2 FTUCA等中间产物和5∶2 FT Ketone、5∶2 s FTOH、PFHx A、PFPe A、PFBA、5∶3 Acid等稳定产物,该过程对沉积物细菌群落结构产生明显影响,引起细菌群落丰富度和多样性的变化.在6∶2 FTOH降解的不同阶段,细菌的变化和优势菌群略有不同.根据100 d的实验结果,从门的分类水平看,6∶2 FTOH生物降解引起绿弯菌门丰度大幅上升(+24.8%)、变形菌门和厚壁菌门丰度大幅下降(-17.8%和-15.9%).从纲的分类水平看,6∶2 FTOH生物降解引起丰度上升较大的有厌氧绳菌纲(+19.6%)和δ-变形菌纲(+4.3%),引起丰度下降较大的有ε-变形菌纲(-20.0%)、梭菌纲(-10.1%)、芽孢杆菌纲(-5.8%)和γ-变形菌纲(-4.2%).从属的分类水平看,6∶2 FTOH生物降解引起丰度上升较大的有Anaerolineaceae_uncultured(+19.1%)和硫碱球菌属(+13.3%),引起丰度下降较大的有弧菌属(-14.1%)、硫单胞菌属(-13.2%)、芽孢杆菌属(-5.1%)、Sulfurovum(-4.2%)和Fusibacter(-4.1%).这些结果有助于预测环境中细菌对多氟烷基物质污染的响应及筛选可降解多氟烷基物质的细菌.

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62氟调醇(62FTOH)及其同系物是一类多氟烷基物质(PFASs),具有独特的疏水和疏油性质,可取代长链多氟烷基物质(7个氟代碳原子),被用于工业和消费品中,如作为涂层和防水剂用在包装、纺织品、润滑油和涂料中[1~3].近来一项关于食物接触材料中氟调醇的研究显示,62FTOH最为常见,其次为82FTOH和102FTOH[4].PFASs在工业和消费品中的使用已导致环境中PFASs浓度升高[3~8].62FTOH对哺乳动物有毒害作用[9,10],其在环境中的存在对生态和人体健康构成威胁.环境中的62FTOH可进行生物降解,产生全氟羧酸(PFCAs)[11~14].以往对62FTOH生物降解的研究多注重鉴定降解产物和分析降解途径[5].已有结果显示,62FTOH在土壤、沉积物和活性污泥中可发生氧化降解,生成一系列的产物,其中52sFTOH为主要的中间产物,53Acid、PFHxA、PFPeA和PFBA为主要的稳定产物[15].62FTOH及其上述降解产物已在环境中被检测[16,17],有可能对当地的微生物群落结构造成影响.到目前为止,这方面的研究还很少,仅有一篇报道了全氟烷基酸(PFAAs)对沉积物中细菌群落组成和动态的影响[18].本研究的目的是通过基因分析方法研究62FTOH生物降解对表层沉积物中细菌群落结构的影响.这对多氟烷基物质的环境风险评估与污染环境修复具有重要意义.沉积物微生物系统具有高度的多样性,包含好氧微生物和厌氧微生物[19].本研究中,通过微宇宙装置来模拟表层沉积物的环境.采用两种基因分析方法,即变性梯度凝胶电泳(DGGE)和高通量测序,两者都是直接从样品中提取微生物的基因组DNA,采用基于核糖体RNA基因的通用引物进行扩增.DGGE基于分子指纹谱图来分析群落结构的变化,比较直观,但精度低,只能对样品中丰度较大的微生物进行测定.高通量测序精度高,信息丰富,可从不同水平分析群落结构[20].1材料与方法1.1试剂多氟烷基和全氟烷基化合物62FTOH、PFHxA、PFPeA和PFBA购自Sigma-Aldrich公司(美国).52FTKetone购自TCIAmerica公司(美国).62FTCA、62FTUCA、52sFTOH、53Uacid、53Acid和43Acid由DuPont公司(美国)合成.所用试剂的纯度均在97%或以上.表1给出本研究中多氟烷基和全氟烷基化合物的缩略词、全称和分子结构.表1本研究中多氟烷基和全氟烷基化合物的缩略词、全称和分子结构Table1Acronym,fullnameandchemicalstructureofthepolyfluoroalkylandperfluoroalkylsubstances缩略词英文全称中文全称分子结构62FTOH62Fluorotelomeralcohol62氟调醇F(CF2)6CH2CH2OH62FTCA62Fluorotelomersaturatedacid62氟调饱和酸F(CF2)6CH2COOH62FTUCA62Fluorotelomerunsaturatedacid62氟调非饱和酸F(CF2)5CFCHCOOH52FTKetone52Fluorotelomerketone52氟调酮F(CF2)5C(O)CH352sFTOH52Polyfluorinatedsecondaryalcohol52多氟仲醇F(CF2)5CH(OH)CH3PFBAPerfluorobutyricacid全氟丁酸F(CF2)3COOHPFPeAPerfluoropentanoicacid全氟

参考文献

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