土壤中多環芳烴的微生物降解及其機理研究

毛雪璐

摘? 要：多環芳烴是一種較為常見的環境污染物，屬于一種有機物質，通常由兩個或者兩個以上的稠環化合物生成，由于有機物沒有燃燒完全故此產生了這種物質。這種物質如果進入人體內部會導致器官逐漸衰竭或者致癌，故此一直受到人們高度關注。這類物質水溶性較低，很難通過自然環境方式對其進行分解，但可以利用微生物對其進行降解，文章主要介紹了多環芳烴性質以及研究狀況，了解可以對多環芳烴進行降解的微生物，并對其今后研究發展進行展望。

關鍵詞：多環芳烴;微生物;降解機理

多環芳烴是一種較為常見的有毒物質，不僅可以使生態環境受到污染，也會影響人體健康，如果該物質通過呼吸系統進入人體，含有可能導致慢性疾病，癌癥，畸形等病癥發生。目前這種物質已經給生態環境造成了嚴重危害。因為多環芳烴常存在于土壤當中，許多土壤已經受其污染，故此修復土壤質量已經成為環境保護部門和科學界專家急需解決的問題，根據多環芳烴自身特征，科研人員決定利用微生物自身特性對其進行降解。

1 多環芳烴降解的影響因素

因多環芳烴自身性質較為穩定，若只依靠自然界對其進行降解需要花費漫長的時間。故此要以科學技術手段提升微生物降解多環芳烴能力，使微生物生存條件得以改變，以最快的速度將多環芳烴清除，保護生態環境免受其污染。多環芳烴降解過程往往會受到以下幾個因素影響，分別是微生物活性，基質以及環境因子。

1.1 多環芳烴降解菌的活性影響

1.1.1 降解多環芳烴的微生物

目前，世界各地科研人員已經發現可以降解烴類的微生物大約有數十個屬，數量高達百余種，其中主要是細菌和真菌。在多環芳烴微生物降解研究過程中，最早研究的物質是PAH萘，這種物質研究過程最為簡單，運用分離方式科研人員應得到許多可以降解萘的微生物。但對以往研究過程進行分析卻發現，并不是所有細菌都具有相同的降解能力，大部分細菌都屬于假單胞。假單胞能夠降解大部分四環以下的多環芳烴。

1.1.2 多環芳烴降解菌的篩選

在受到污染的環境中選取細菌，并培養其分解多環芳烴的能力，將其放在受多環芳烴污染的環境當中，以此來修復受到污染的環境。想要找出具有降解多環芳烴能力的細菌，首先需要對所有細菌進行研究篩選，使其能夠可以修復受污染的生物。故此優良的菌種可以為微生物處理污染物技術提供更好的幫助。在芘和苯并芘土壤中提取的細菌具有較強降解能力，降解效率遠超其他細菌。

1.1.3 多環芳烴的降解基因

利用生物降解多環芳烴的關鍵在于微生物生存環境和數量以及繁殖速度，通常情況許多微生物可以在被多環芳烴污染的環境中生存，為了使微生物在最短的時間內適應污染環境，提升細菌降解活性，工作人員通常會采用科學技術手段改變菌種基因，之后使用它們降解受到多環芳烴污染的生物。而這一工作效果與多環芳烴關鍵酶有很大關系，有的基因位于染色體當中，有的基因位于質粒上。染色體中的基因較為穩定其具有較大承載量。質粒是遺傳因子，這種因子只存在與染色體之外，可以在細胞當中對自我機構進行復制。迄今為止，世界各國科研人員已發現大約30種天然降解性質粒。而隨著生物學不斷發展進步，新的生物技術正逐漸用于降解受到多環芳烴污染的生物。PCR技術在發展過程中發現許多可能成為代謝基因的物質，由此可以看出利用構建多環芳烴高效降解菌具有一定實用性。

1.2 基質的影響

基質的影響主要是指PAHs的生物可利用性。污染物的濃度、化學結構、毒性、溶解性和吸附性能都影響PAHs的生物可利用性。生物降解過程中微生物對污染物的轉化率依賴于生物對污染物的吸收、代謝及物質轉化程度。由于多環芳烴特別是3環以上高分子量的PAHs具有親脂的特性，使其極易吸附在顆粒上，這使得他們在生物降解過程中傳質成為限制因子。但是，可以通過共溶劑或表面活性劑的添加，可以減少或消除這方面的限制。

1.3 環境因子的影響

多環芳烴生物降解過程中會受到許多因素影響，例如溫度，營養鹽等。在自然環境當中，多環芳烴主要以混合物形式生存，而正是因為這種形式導致微生物生理生態受到影響，降低降解效果。溫度對降解效率的影響表現在多環芳烴化學成分和對微生物結構群的影響，低溫環境中酶活性會逐漸降低，從而抑制多環芳烴生物降解，而高溫環境中多環芳烴代謝率將會達到最大值，但如果溫度超過40度，會提升多環芳烴自身毒性。在一般條件下，PAHs的生物降解需要氧氣的參與，為提高降解率，往往需要人為增加氧的濃度。細菌和真菌對PAHs代謝的都需要氧氣。厭氧條件下，一般增加硝酸鹽、硫酸鹽類電子受體。環境中的氧氣對微生物而言是一個極為重要的限制因子，首先是氧氣的含量決定微生物群落的結構。研究表明環境中微生物接觸污染物時間的長短是PAHs能否發生無氧降解的關鍵因素引。營養鹽的缺乏對微生物的生長和種群的維持都是重要的限制因素。

2 多環芳烴降解的機理

2.1 以多環芳烴為唯一碳源和氮源的代謝機理

在多環芳烴的誘導和微生物分泌的單加氧酶或雙加氧酶的催化作用下，把氧加到苯環上，形成C-0鍵，再經過加氫、脫水等作用使C-C鍵斷裂，苯環數減少。其中細菌產生雙加氧酶，真菌產生單加氧酶。不同的途徑有不一樣的中間產物，鄰苯二酚是常見的中間產物，具體的化合物依賴于羥基組的位置，有正、對或其他物質，鄰苯二酚又有鄰位和間位2種代謝途徑。

2.2 多環芳烴的共代謝機理

所謂的共代謝是指利用一種容易降解的物質作為支持微生物生長繁殖的營養物質，而同時降解另一種物質，但后一種物質的降解和轉化并不能使共代謝的微生物獲得能量、碳源或其它的任何營養物質。PAHs苯環的斷開主要是靠加氧酶的作用：加氧酶把氧JJHNC-C鍵上形成C-0鍵，經加氫、脫水等作用使C-C鍵斷裂，苯環數減少。PAHs降解的程度受加氧酶的活性影響。由于PAHs代謝酶的可誘導性，故可選擇投加基質類似物的方法來提高酶的活性，增強降解作用。

3 結束語

多環芳烴多見于自然環境當中，本身具有較強的毒性和生存能力，無論是對人體健康亦或是自然環境都會造成較大的危害。低環多環芳烴比較容易降解，但如果對具有高分子的多環芳烴進行降解會面臨較大挑戰。根據本文可以看出，在降解過程中需要對以下兩點進行考慮。其一，了解多環芳烴內部結構，采取相應措施改變其結構，從而降低毒性。其二，了解能夠降解多環芳烴的微生物，和細菌進行比較可以看出，真菌降解能力較強。

參考文獻

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