环境科学  2018, Vol. 39 Issue (7): 3321-3328   PDF    
PFOS前体物质(PreFOSs)降解菌的分离鉴定及其降解特性
赵淑艳, 周涛, 王博慧, 梁田坤, 柳丽芬     
大连理工大学食品与环境学院, 工业生态与环境工程教育部重点实验室, 盘锦 124221
摘要: 从氟化工厂附近土壤中分离出1株能以全氟辛烷磺酸前体物质(PreFOSs)为唯一碳源和能源生长的降解菌PF1,经形态观察及16S rDNA基因序列分析,初步鉴定该菌为生丝微菌属(Hyphomicrobium sp.).在温度为30℃、pH为7.0~7.2条件下,菌株PF1对全氟辛基磺酰胺(PFOSA)和N-乙基全氟辛基磺酰胺(N-EtFOSA)48 h降解率分别为14.6%和8.2%,对PFOS无降解能力.对降解产物进行检测和分析,结果表明PFOSA的降解产物为PFOS; N-EtFOSA能被降解生成PFOSA和PFOS,同时也产生少量的全氟辛基磺酰胺乙酸(FOSAA).由此推断PreFOSs降解途径,在菌株PF1的作用下,PFOSA脱去氨基直接转化成PFOS.N-EtFOSA主要有2种降解途径:①N-EtFOSA脱乙基产生PFOSA,PFOSA再进一步脱氨基生成PFOS,此为主要途径; ② N-EtFOSA中的N-乙基被氧化成乙酸基生成FOSAA,FOSAA进一步脱去乙酸基生成PFOSA,并最终脱氨基生成PFOS.
关键词: PFOS前体物质(PreFOSs)      微生物降解      生丝微菌属      分离鉴定      降解特性     
Isolation, Identification, and Biodegradation Behaviors of a Perfluorooctane Sulfonic Acid Precursor (PreFOSs) Degrading Bacterium from Contaminated Soil
ZHAO Shu-yan , ZHOU Tao , WANG Bo-hui , LIANG Tian-kun , LIU Li-fen     
Key Laboratory of Industrial Ecology and Environmental Engineering, Ministry of Education, School of Food and Environment, Dalian University of Technology, Panjin 124221, China
Abstract: Transformation of perfluorooctane sulfonate (PFOS) precursors (PreFOSs) is considered an additional source of PFOS in the environment and biota. A PreFOSs-degrading bacterium PF1, which was able to utilize PreFOSs as the sole carbon and energy source for growth, was isolated from contaminated soil collected from the surroundings of a fluoride factory. According to its morphology and 16S rDNA gene sequence analysis, strain PF1 was identified as Hyphomicrobium sp. The degradation rates of perfluorooctane sulfonamide (PFOSA) and N-ethyl perfluorooctane sulfonamide (N-EtFOSA) by PF1 were 14.6% and 8.2% (30℃; pH=7.0-7.2), respectively, whereas PF1 was unable to degrade PFOS. PFOSA could be biodegraded to PFOS. N-EtFOSA could be biodegraded to perfluorooctane sulfonamide acetic acid (FOSAA), PFOSA, and PFOS; PFOS was the predominant metabolite. Based on the above analysis, the proposed metabolic pathway of PFOSA by strain PF1 is deamination to form PFOS. Two possible degradation pathways are proposed for N-EtFOSA: ① deethylation of N-EtFOSA to produce PFOSA, followed by deamination to form PFOS, and ②oxidation of N-EtFOSA to FOSAA followed by sequential dealkylation to produce PFOSA, and then transformation to PFOS by deamination.
Key words: perfluorooctane sulfonate (PFOS) precursors (PreFOSs)      biodegradation      Hyphomicrobium sp.      isolation and identification      degradation characteristics     

全氟辛烷磺酸(PFOS)是一种典型的全氟烷基化合物(PFASs),因其在环境中表现出较强的持久性、生物富集性和生物毒性, PFOS及其部分衍生物作为持久性有机污染物于2009年被列入《斯德哥尔摩公约》[1].但是, PFOS前体物质(PreFOSs)在许多发展中国家和新兴的工业化国家, 其生产和使用量仍然呈现增加的趋势, 环境排放量甚至远高于PFOS[2, 3], 这些物质在环境中能够通过生物和非生物途径降解生成PFOS[4~6].

目前, 广泛检测到的PreFOSs主要包括全氟辛烷磺酰氨基乙醇类(FOSEs)和全氟辛烷磺酰胺类(FOSAs)物质, 这些PreFOSs在大气[7]、水体[2]、土壤[8]、生物[9]和人体内[10], 以及一些消费品中[11]普遍检出. N-乙基全氟辛基磺酰胺(N-EtFOSA)和全氟辛基磺酰胺(PFOSA)是两种典型的PreFOSs. N-EtFOSA, 俗称氟虫胺, 是一种室内外常用的杀虫剂.据报道, 在中国和巴西部分地区氟虫胺仍在大量生产和使用, 但是在当地水体和土壤等环境介质中并未检测到较高浓度的氟虫胺, 研究者认为, 可能是N-EtFOSA在环境介质或者生物体内发生了降解[2]. PFOSA被用作防水防油物质, 广泛应用于食品包装及其他消费品中, 也是许多PreFOSs的中间代谢产物[12~15]. PFOSA不仅本身能对生物体[9]和人体具有毒理危害[16], 还能够在环境中降解转化为更稳定的终端产物PFOS[4, 12, 17].目前, 已经有研究报道PreFOSs及其他前体物质能被活性污泥[18]、沉积物[19]和土壤中微生物[13, 15]降解转化. Key等[20]筛选出的1株假单胞菌(D2)能将1H、1H、2H、2H-全氟辛烷磺酸(6 :2FTSA)降解转化为短碳链(C3~C6)的全氟羧酸类物质(PFCAs). Liu等[21]以正辛醇为唯一碳源, 从土壤中分离出的2株假单胞菌(OCY4和OCW4)能在以甲醇、辛醇和1, 4-二烷为外加碳源的条件下将8 :2氟调醇(8 :2FTOH)降解转化为PFCAs及短碳链的氟调醇(FTOHs).近期报道显示, 有部分研究者筛选出了能够利用PFOS为唯一碳源的PFOS降解菌.谢毓等[22]从氟化工厂周边土壤中筛选出3株能利用PFOS为唯一碳源的PFOS降解菌, 对PFOS的降解率为10.1%~18.4%, 但降解产物不明确. Kwon等[23]从活性污泥中筛选出1株假单胞菌(HJ4)对PFOS的降解率为67%, 虽然检测到了微量短碳链PFSAs, 但其它降解产物依然未确定.目前的一系列研究表明, 环境中的微生物在PFASs的生物降解和迁移转化过程中发挥着重要作用, 但迄今没有关于降解PreFOSs的功能菌及其降解特性的报道.

本研究拟从氟化工厂附近土壤中分离得到1株能以PreFOSs为唯一碳源的降解菌, 对其进行分离鉴定, 分析其对PreFOSs的降解能力及降解机制, 通过深入了解PreFOSs在微生物作用下的降解过程, 以期为环境中PreFOSs的迁移转化和PFOS的来源提供理论依据.

1 材料与方法 1.1 样品采集

采用沈阳市某氟化工厂附近表层土壤用于PreFOSs降解菌富集分离.

1.2 培养基

以PreFOSs为唯一碳源的基础盐培养基(MSM): (NH4)2SO4 2.0 g ·L-1; MgSO4 ·7H2O 0.2 g ·L-1; CaCl2 ·2H2O 0.01 g ·L-1; FeSO4 ·7H2O 0.001 g ·L-1; KH2PO4 1.5 g ·L-1; Na2HPO4 ·12H2O 1.5 g ·L-1; 向MSM中加入2%的琼脂粉, 121℃下高压灭菌20 min, 冷却至60~70℃后, 在酒精灯火焰旁倒平板, 冷却凝固后待用.培养基中PreFOSs碳源加入方法:将PreFOSs甲醇储备标准液过0.22 μm滤膜除菌, 取一定量置于灭菌的三角瓶中, 待甲醇挥发完全后加入灭菌的MSM, 使PreFOSs的浓度达到实验设计浓度.培养基pH为7.0~7.2, 实验所用培养基、器材等均经121℃下高压灭菌20 min, 在无菌超净工作台上操作.

1.3 实验仪器和主要试剂

SHA-B恒温振荡器(常州国华, 中国), 弱阴离子交换混合(Cleanert PWAX-SPE, 250 mg/6 mL)固相萃取柱(Agela Technologies, 中国), Visiprep DL 24位防交叉污染固相萃取装置(Supelco, 美国), FlexiVap YH-1*24井氮吹系统(WIGGENS, 德国), Q Exactive高效液相色谱-四极杆傅立叶变换静电场轨道阱高分辨质谱系统(HPLC-MS/MS,ThermoFisher, 美国).全氟戊酸(PFPeA, ≥97%)、全氟庚酸(PFHpA, ≥98%)、全氟辛酸(PFOA, ≥98%)、全氟丁烷磺酸(PFBS, ≥98%)、全氟己烷磺酸(PFHxS, ≥98%)、全氟辛基磺酰胺(PFOSA, ≥90%)购自北京百灵威科技有限公司, 全氟己酸(PFHxA, ≥98%)购自Matrix Scientific, 全氟辛烷磺酸(PFOS, ≥98%)购自Aladdin, N-乙基全氟辛基磺酰胺(N-EtFOSA, ≥97%)购自Macklin, PFOSA(50 μg ·mL-1)和全氟辛基磺酰胺乙酸(FOSAA) (50 μg ·mL-1)标准液购自Wellington Laboratories, 甲醇(HPLC)购自Aladdin, 乙酸铵(HPLC)购自上海安谱实验科技股份有限公司.

1.4 菌株分离和纯化

以PFOSA为唯一碳源, 取受PFASs污染的土壤1.0 g接种于100 mL MSM中, PFOSA的初始浓度为2.00 nmol ·mL-1, 在30℃、160 r ·min-1条件下避光培养4 d后; 将5 mL培养液转接到95 mL新鲜MSM中, 继续培养, 如此传代培养5次, 并逐渐增加培养液中PFOSA浓度至20.04 nmol ·mL-1.取0.1 mL最终培养液用无菌水梯度稀释, 然后取0.2 mL稀释倍数为10-4、10-6、10-8的培养液分别涂布于含PFOSA浓度为20.04 nmol ·mL-1的琼脂平板上, 置于30℃培养箱中培养.待平板培养基上长出明显菌落时, 将平板上不同形态单菌落挑出接种至MSM继续培养, PFOSA浓度为20.04 nmol ·mL-1, 4 d后涂布于新的平板培养基上.如此重复直至平板上菌落为单一菌落.将纯菌落挑至MSM中培养至对数生长期, 然后与50%的甘油以体积比1 :1混合, 在-20℃下预冻24 h后, 转移至-80℃冰箱中保存.

1.5 菌株的鉴定

利用扫描电镜(SEM)对菌株进行形态观察.委托生工生物工程(上海)股份有限公司对分离得到的菌株进行16S rDNA鉴定.采用BLAST程序将16S rDNA测序结果与GenBank中已知菌株的16S rDNA序列进行同源性比较, 选取相似性较高的序列, 利用Clustalx1.83软件将选取的序列与该菌株的16S rDNA序列进行多重对比, 利用MEGA5.1软件构建系统发育树(Neighbor-Joining法).

1.6 PreFOSs及PFOS降解能力测定

在平板上挑取纯培养菌落, 以PreFOSs为唯一碳源和能源, 分别接种至含PFOSA (15.46 nmol ·mL-1)和N-EtFOSA (13.68 nmol ·mL-1)的MSM中, 在30℃下培养至对数期作为种子液.分别取0.1 mL种子液接种至新鲜的含PFOSA和N-EtFOSA的MSM中, 置于30℃, 160 r ·min-1条件下避光培养, 48 h后取样, 分别检测PFOSA和N-EtFOSA及其降解产物的浓度, 计算该菌株对PFOSA和N-EtFOSA的降解率.以PFOS为唯一碳源, 取0.1 mL以PFOSA为唯一碳源培养的种子液接种至PFOS浓度为1.51 nmol ·mL-1的新鲜MSM中, 在同样的实验条件下, 测定在以PFOS为唯一添加碳源时, 该菌株对PFOS的降解情况.所有实验均设置3组平行和只加PFOSA/N-EtFOSA/PFOS而不接种菌的对照组.

1.7 样品前处理和检测分析方法

样品前处理参考以往的方法[13].取一定量培养液, 用Milli-Q水稀释至50 mL, 过PWAX-SPE柱进行净化.将5 mL 0.1% NH4OH甲醇, 5 mL甲醇及5 mL水先后通过SPE柱对其进行活化.将稀释后的样品通过活化后的SPE柱, 流速为1滴·s-1, 然后分别用5 mL 2%的乙酸溶液, 5 mL水冲洗SPE柱以去除杂质, 目标分析物分别用5 mL甲醇和5 mL 0.1% NH4OH甲醇进行洗脱, 合并两部分洗脱液并用氮气吹至约1 mL.然后过0.22 μm尼龙滤膜, 转移到1.5 mL棕色进样瓶中, 定容至1 mL. PFASs采用HPLC-MS进行分析定量, 色谱柱为Agilent ZORBAX Eclipse XDB-C18(4.6×150 mm, 3.5 μm).流动相为甲醇(A)和2.5 mmol ·L-1乙酸铵水溶液(B), 梯度洗脱条件: 0~0.8 min, 10%~80% A; 0.8~9.8 min, 80%~100% A; 9.8~11.5 min, 100%~10% A; 11.5~15 min, 10% A.使用全扫描模式采集色谱图, 分别用以下离子定量目标化合物: 525.98→N-EtFOSA, 555.95→FOSAA, 497.95→PFOSA, 498.93→PFOS, 412.97→PFOA, 398.94→PFHxS, 298.94→PFBS, 318.98→PFHpA, 268.98→PFHxA, 262.98→PFPeA.

1.8 质量保证与质量控制

为防止干扰, 实验过程中避免使用含氟的仪器和器皿.回收率采用基质空白加标, 对回收结果不进行回收率校正.降解实验做方法空白, 在样品预处理的同时, 采用相同的步骤和方法制备方法空白样, 采用外标法定量, 方法检出限(MDL)信噪比为3 :1. PFASs在培养液中的回收率及方法检出限如表 1所示.

表 1 PFASs在溶液中回收率及方法检测限 Table 1 Recoveries and MDLs of PFASs in solution

2 结果与讨论 2.1 菌株鉴定结果 2.1.1 菌株的培养特征

对沈阳市某氟化工厂附近的土壤进行采集, 以PFOSA为唯一碳源进行富集驯化、分离纯化, 获得1株能以PFOSA为唯一碳源生长的纯菌, 将其命名为PF1, 对该菌株进行菌落形态及SEM观察.菌株PF1在培养基上呈淡黄色, 表面光滑、隆起的不透明圆形菌落, 如图 1(a)所示; 菌株PF1外形呈末端尖细的杆状如图 1(b)所示.

图 1 菌株PF1的菌落形态和扫描电镜 Fig. 1 Colonies and scanning electronmicroscopy (SEM) of strain PF1

2.1.2 菌株PF1的鉴定

PF1的16S rDNA的基因序列含有1 350个碱基, 将菌株PF1的16S rDNA进行BLAST同源性比较分析, 选择相似性最高的菌株进行比对, 建立系统发育进化树(图 2).由图 2可知, PF1与菌株Hyphomicrobium sp. MC1在进化树处于同一分支, 自展值为100, 两者亲缘关系最近, 初步鉴定菌株PF1为生丝微菌(Hyphomicrobium sp.), 将其命名为Hyphomicrobium sp. PF1. Hyphomicrobium sp.广泛分布于污水及污泥中, 有研究报道Hyphomicrobium sp.能够产生脱卤酶, 降解某些卤代有机物, 能将二氯甲烷降解转化成甲醛和无机氯[24, 25], 同时Hyphomicrobium sp.能够产生脱氢酶, 能够利用醇类、甲胺类等有机物进行生长代谢[26, 27]. PFASs是一类氟代有机物, 其衍生物含有羟基、羧基、氨基等基团, 推测Hyphomicrobium sp.可能具有降解和利用PFASs的潜力.

图 2 菌株PF1的系统发育树 Fig. 2 Phylogenetic tree of strain PF1 based on 16S rDNA sequences

2.2 菌株PF1对PFOSA的降解特性

实验设置不接种菌加入PFOSA的对照组(PFOSA)和接种菌加入PFOSA的实验组(PFOSA+PF1), PFOSA的实际测定浓度为15.46 nmol ·mL-1.培养48 h后, 两组实验中PFASs的组成和浓度见表 2, 在不接种菌、不加PreFOSs的空白实验中没有检测到PFASs.在对照组实验中除PFOSA外, 还检测到少量的PFOS, 其在培养液中的摩尔分数分别为95.3%和4.7%, 与PFOSA标准液中的比例相近(94.2%PFOSA, 5.8%PFOS)[图 3(a)], 说明在对照组中PFOSA未发生降解.根据实验前后PFASs总物质量(mol)计算实验过程中PFASs的物质量守恒[图 4(a)].在实验开始前, PFASs总量为16.40 nmol ·mL-1, 实验结束后, 对照组中PFASs的总量为15.98 nmol ·mL-1, PFASs损失量为2.6%, 主要原因可能是实验器皿吸附及PFOSA挥发损失[28].在实验组中, PFASs的损失量为2.9%, 略微大于在对照组中PFASs的损失量(2.6%), 主要原因可能是除器皿吸附及PFOSA挥发损失外, 还有实验组微生物对PFASs的吸附以及其他未被检测到的降解产物.实验开始前PFOSA初始量(PFOSA, 0 h)以及对照组和实验组中PFOSA总量如图 4(a)所示, 对比可以看出实验组PFOSA总量明显降低.另外, 实验组培养液中PFASs的组成如图 3(a)所示, 相较于初始状态(94.3%PFOSA, 5.7%PFOS), 母体化合物PFOSA (81.1%)比例降低, PFOS(18.9%)比例显著增加, 说明PFOSA在菌株PF1的作用下发生了降解, 主要降解产物为PFOS.实验组中并未检测到短碳链的PFHxS和PFBS及PFCAs, 说明在降解过程中没有发生C—C键及C—S键的断裂.根据实验组与对照组中降解产物PFOS的总物质量差值, 计算得到实验过程中降解产物的总量为2.26 nmol ·mL-1, 说明至少有2.26 nmol ·mL-1的PFOSA发生了降解, 由此得到, 菌株PF1对PFOSA降解率为14.6%.

表 2 在不同实验体系中PFASs的浓度/nmol ·mL-1 Table 2 Concentration of PFASs in different test groups/nmol ·mL-1

图 3 培养液中PFASs的摩尔分数 Fig. 3 Molar ratio of PFASs in the culture solutions

图 4 PFASs在不同实验体系中的分布 Fig. 4 Fractions of PFASs in different test groups

根据PFOSA降解产物的组成, 分析得到的PFOSA降解途径如图 5所示, 在菌株PF1的作用下, PFOSA通过脱氨基化反应脱去氨基直接转化成PFOS.有研究表明PFOSA能在锦鲤[4]和大白鼠[29]体内代谢转化成PFOS, 同时, PFOSA作为其他PreFOSs的中间代谢产物, 能够在环境中进一步降解生成PFOS, 如N-乙基全氟辛基磺酰胺乙醇(N-EtFOSE)能在活性污泥中降解产生中间代谢产物PFOSA, 并最终转化为PFOS[18].本研究结果与之前报道类似, 说明菌株PF1对PFOSA的降解途径与PFOSA在动物体内的降解途径相同, 最终降解产物均为PFOS.

图 5 N-EtFOSA和PFOSA推测降解途径 Fig. 5 Proposed degradation pathways of N-EtFOSA and PFOSA

2.3 菌株PF1对N-EtFOSA的降解特性

N-EtFOSA为唯一碳源, 研究该菌株对N-EtFOSA的降解特性.实验设置不接种菌加入N-EtFOSA的对照组(N-EtFOSA)和接种菌加入N-EtFOSA的实验组(N-EtFOSA+PF1), N-EtFOSA初始浓度为13.68 nmol ·mL-1.培养48 h后, 两组实验中PFASs的组成和浓度见表 2.在对照组中检测到N-EtFOSA及少量的PFOS, 其在培养液中的摩尔分数分别为98.3%和1.7%, 这与N-EtFOSA标准液中的比例相近(98.1%N-EtFOSA, 1.9%PFOS)[图 3(b)], 说明在对照组中N-EtFOSA未发生降解.根据实验前后PFASs的总物质量(mol)计算系统中PFASs的物质量守恒[图 4(b)].在实验开始前, PFASs总量为13.95 nmol ·mL-1, 实验结束后, 对照组中PFASs的总量为13.74 nmol ·mL-1, PFASs损失量为1.5%, 主要原因可能是实验器皿吸附及N-EtFOSA挥发损失[15].在实验组中, PFASs的损失量为5.6%, 大于在对照组中PFASs的损失量(1.5%), 主要原因可能是除器皿吸附及N-EtFOSA挥发损失外, 还有实验组微生物对PFASs的吸附或其他未被检测到的降解产物.培养液中PFASs的组成及各组分的浓度如图 3(b)4(b)所示, 实验组中母体化合物N-EtFOSA总量及摩尔分数显著降低, 而PFOS的总量及摩尔分数显著增加, 并检测到一定量的FOSAA(0.003 nmol ·mL-1)和PFOSA(0.14 nmol ·mL-1, 见表 2, 说明N-EtFOSA在菌株PF1的作用下发生了降解, 主要降解产物为PFOSA(1.07%)和PFOS(9.23%), 同时也有微量的FOSAA(0.03%)生成[图 3(b)].根据实验组和对照组中间代谢产物及PFOS的总物质量差值, 计算得到实验过程中降解产物的总物质量为1.12 nmol ·mL-1, 说明至少有1.12 nmol ·mL-1N-EtFOSA发生了降解转化, 由此计算得到菌株PF1对N-EtFOSA的降解率为8.2%.菌株PF1降解N-EtFOSA的产物组成与N-EtFOSA在土壤中[15]降解规律类似, 都产生中间代谢产物FOSAA和PFOSA, 以及终端降解产物PFOS, 均未检测到短碳链的全氟磺酸(PFSAs)及全氟羧酸(PFCAs)类物质, 但在土壤中主要产物是FOSAA(34.2%)和PFOSA(30.3%), 远高于PFOS(4.0%)的产量.主要原因可能是这两个体系虽然都是由微生物介导的降解过程, 但在土壤微环境中, 除含有丰富的微生物种类外, 还含一定的有机质及无机物质, 而本研究中只是单一的降解菌, 从而可能导致N-EtFOSA降解产物产量的不同.同时, 本研究结果与N-EtFOSA在动物[5]和人体[14]中的降解规律相似, 均降解产生中间代谢产物PFOSA, PFOSA最终转化为PFOS.

根据N-EtFOSA降解产物的组成, 分析推断N-EtFOSA降解途径, 如图 5所示.主要有2种潜在途径: ①在菌株PF1的作用下, N-EtFOSA通过脱烷基化反应, N-乙基被去除直接转化生成PFOSA, 然后脱氨基转化成PFOS; ②在实验中检测到微量的FOSAA, 因此推断, N-EtFOSA也可以经过一系列的氧化作用将N-乙基氧化形成乙酸基生成FOSAA, FOSAA再进一步脱去乙酸基生成PFOSA, 并最终脱氨基转化为PFOS.由于PFOSA(1.07%)产量远大于FOSAA(0.03%)的产量, 因此推断①过程为主要的降解途径.在N-EtFOSA降解实验中PFOS的产量远远高于PFOSA的产量, 约为PFOSA的8.7倍, 进一步说明在菌株PF1的作用下, N-EtFOSA还产生其它中间代谢产物(如FOSAA, PFSOA), 并最终转化为PFOS. Mejia等的研究表明[15], N-EtFOSA能在土壤微生物的作用下将N-乙基氧化成羟基, 形成全氟辛基磺酰胺乙醇(EtFOSA alcohol), EtFOSA alcohol再进一步降解转化为FOSAA和PFOSA, 同时N-EtFOSA也可以直接通过脱烷基化反应形成PFOSA, 并最终转化PFOS.也有研究表明, N-EtFOSA在虹鳟鱼体内[5]可能通过3种途径降解生成PFOS, ①通过直接脱除乙基胺; ②N-EtFOSA脱乙基形成PFOSA, 再通过去氨基作用形成PFOS; ③N-EtFOSA直接水解.

2.4 菌株PF1对PFOS的降解特性

为了验证菌株PF1是否具有降解PFOS的能力, 测定在以PFOS为唯一添加碳源的MSM中菌株PF1的生长情况及其对PFOS降解能力.在PFOS的降解实验中, 设置不接种菌加入PFOS的对照组(PFOS)和接种菌加入PFOS的实验组(PFOS+PF1).培养48 h后, 实验组培养液清澈, 无明显变化, 与对照组相似.经取样分析测定, 在实验组和对照组中PFOS含量基本一致, 均检测到少量的PFHxS(见表 2), 且与实验开始前PFASs初始量相近[图 4(c)].同时, 培养液中PFOS和PFHxS的质量分数与PFOS标准溶液中相近, 其组成如图 3(c)所示, 说明菌株PF1对PFOS没有降解能力, PFHxS主要来自于PFOS标准品中含有的杂质.目前, 仅有2篇文献报道了PFOS能被微生物降解.谢毓等的研究显示[22], PFOS能在其分离获得的3株细菌的作用下发生降解, 但检测结果中没有数据说明PFOS降解为何种物质, 也未明确PFOS是否存在其它非生物的损失途径. Kwon等[23]从活性污泥中筛选出1株能降解PFOS的假单胞菌(HJ4), 虽然根据PFOS损失量计算得到67%的降解率, 但在其对降解产物进行测定时, 在系统中并没有检测到氟离子, 表明PFOS没有发生C—F键的断裂, 除在系统中检测到了非常微量的PFHxS和PFBS外, 也并没有检测到其它降解产物. Mejia等[30]对Kwon的研究做了评论, 认为其缺乏有效数据证明PFOS发生了降解, 且没有具体的生物化学途径来解释PFOS的降解过程, 怀疑其检测到的PFHxS和PFBS产物可能来自于系统污染.因此, 虽然有少量研究表明PFOS能在微生物的作用下发生降解, 但缺乏有效的证据来说明PFOS在微生物作用下的降解机制.综上所述, 对于PFOS的微生物降解机制仍然有待进一步研究.

3 结论

(1) 从沈阳市某氟化工厂附近土壤中分离得到1株可以利用PFOSA和N-EtFOSA为唯一碳源和能源生长的生丝微菌属(Hyphomicrobium sp.)菌株PF1.

(2) 在温度为30℃、pH为7.0~7.2条件下, 菌株PF1对PFOSA和N-EtFOSA的48 h降解率分别为14.6%和8.2%;菌株PF1对PFOS不具有降解能力.

(3) PFOSA的降解产物为PFOS, N-EtFOSA的降解产物为FOSAA、FOSA和PFOS, 其中, PFOS为主要降解产物, 均未检测到短碳链的PFBS和PFHxS及其它PFCAs.

参考文献
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