典型污染菜地土壤多环芳烃双加氧酶基因多样性研究开题报告

本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献）

土壤作为生物圈的重要组成部分，一直是人类赖以生存的基础。然而，相比于水污染与空气污染可以直观感受，土壤污染相对隐蔽、不易觉察，所以往往被忽视。土壤污染物大致可分为无机和有机两大类，部分有机污染物由于结构稳定、疏水性强，在环境中可以长期存在，被称为持久性有机污染物（persistentorganicpollutants,POPs）。多环芳烃（polycyclicaromatichydrocarbons,PAHs）是一类有多个稠合苯环结构的有机物，主要由化石燃料和生物质燃烧形成。在我国部分地区土壤中PAHs广泛存在，局部点位浓度较高，是主要的土壤有机污染物。美国环保局（USEPA）在20世纪80年代初把16种未带分支的PAHs列为环境中的优先控制污染物，我国也将其列入环境污染的黑名单中。

微生物对有机污染物的降解是污染土壤修复的重要途径，酶反应则是微生物降解的主要机制。多环芳烃双加氧酶催化氧化苯环开环最初反应，被认为是PAHs降解的关键步骤。目前，有关细菌双加氧酶的研究涉及到化学和生物学的诸多领域，并存在以下几个热点：一是芳烃双加氧酶的微生物对环境芳香性有机污染物的降解特性；二是探索或合成新的可催化氧化芳香族化合物的双加氧酶；三是双加氧酶复合酶体系各组分的结构与功能的研究。许多研究小组已经从原油、煤焦油等富含芳香烃类物质污染的土壤中筛选获得大量具有芳香烃双加氧酶的细菌菌株，丰富了对多环芳烃双加氧酶多样性及其环境调控规律的认识。

双加氧酶种类众多，通过相关基因顺序的测定与比较，发现这些双加氧酶相关基因基本上隶属于一或两个基因家族。按照功能划分，可分为：1.催化氧化单环芳香烃的双加氧酶；2.催化氧化双环及稠环芳香烃的双加氧酶；3.催化氧化杂环芳香类的双加氧酶；4.其他相关双加氧酶。第一类中主要包括邻苯二酚1,2-双加氧酶（C12O）、邻苯二酚2，3-双加氧酶（C23O）、甲苯双加氧酶等，其功能的不同是由其活性中心的不同结果决定的，如邻苯二酚1,2-双加氧酶具有单个Fe(Ⅱ)的活性中心，而邻苯二酚2，3-双加氧酶具有单个Fe(Ⅲ)的活性中心。与酶活性中心的氨基酸残基的不同配位形式决定了其氧化功能与氧化位点的不同；第二类中主要包括萘双加氧酶等，其功能是由该酶中双羟基化酶的α单元的单个铁核及其配位的氨基酸残基共同完成的；第三类中主要包括栎精双加氧酶，其催化底物的裂解方式可以归属于C23O模式，但其活性中心是双核Cu(Ⅱ)；第四类中的双加氧酶从基因的比较来看，都与C12O、C23O具有明显的遗传上的亲缘性，相应的，他们的功能差别也不大。针对以上一类或几类双加氧酶设计特异性引物，通过PCR扩增和随后的序列分析，可以深入了解芳烃双加氧酶的多样性组成，为评价特定环境芳香烃降解潜力提供依据。

城市郊区的工业企业，是多环芳烃的排放热点，往往对周边的农田土壤产生一定影响。根据课题组以前的研究结果，发现在南京市郊某钢铁企业周边的菜地中普遍存在多环芳烃类污染物，16种优控PAH总量可达数十mg/kg，存在着较大的环境风险。对这些土壤中的细菌多环芳烃双加氧酶基因丰度及多样性进行分析，可以评价长期多环芳烃污染对土壤降解菌群落的影响，了解土壤降解微生物资源，最终将为实施有效的污染土壤修复工程提供有力支撑。为此，我们系统采集了该企业周边典型多环芳烃污染菜地土壤，通过分析其中革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌多环芳烃

双加氧酶的丰度和多样性，建立室内人工污染微域（microcosm）考察降解菌双加氧酶基因的变化，目的在于揭示土壤多环芳烃降解菌的群落特征及环境响应，为阐明土壤中污染物的降解机制和调控规律奠定坚实基础。

主要参考文献：

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