土木工程网-工程师的家园
有机污染物的微生物处理研究进展
RSS 打印 复制链接 发布时间:2018-01-16 15:14:51

 【摘要】微生物科学工作者对利用微生物治理环境中有害、有毒有机污染物的研究取得重要进展。本文对当前关于这方面的主要的研究做了简单的综述,同时也介绍了该领域的研究方向。 

  【关键词】有机污染物微生物处理基因代谢 

  中图分类号:Q93 文献标识码:A 文章编号:  

  一、引言 

  环境中存在一些滞留时间长、难于直接降解的有机污染物,其中有一些污染物毒性高,具致畸、致突变、致癌及生殖毒性,对人类健康造成威胁的物质。随着有机化合物使用量增大,在很多自然水体中都可以检测到,而且远远超过联合国环境规划署规定的安全浓度,造成严重的环境污染,采用生物降解手段来处理这些污染物成为国内外的研究热点。 

  微生物对广泛分布在自然界中的有机污染物具有降解作用,已经发现许多微生物对有毒、难降解的有机化合物具有生物降解能力,使得被污染的环境得到修复。微生物修复技术由于成本低、效果好、对环境负面影响小且无二次污染等优点,受到广泛关注。因此,利用生物界中存在的有净化能力的微生物进行生物治理,已成为环境治理的主要手段之一。 

  国内外许多学者致力于研究如何利用微生物处理技术来提高有机污染物的降解效率,本文综述了近年来微生物处理有机污染物等方面的研究进展,并对其研究方向进行了概述。 

  二、有机污染物的微生物处理研究进展 

  1、利用有效菌种降解有机污染物 

  通过从污染现场的分离,目前已经得到不少能够降解有机污染物的特殊菌种。如广州科研所研制出了具有广谱脱色能力和降解苯胺能力的希瓦氏菌;中科院兰州化物所从土壤中筛选出的“帕氏氢噬胞菌LHJ38”和“类黄氢噬胞菌LHJ39”,对芳香烃类化合物有较强的降解作用。任华峰等人从活性污泥中分离出一株降解对氯苯胺的细菌PCA039菌株,该菌株能够以对氯苯胺为唯一碳源与氮源生长。美国研究人员发现一种叫G4的细菌,对高浓度的三氯乙烯(TCE)有分解能力。日本研究人员也获得一种叫M菌的菌株具有类似的降解TCE的效力。在美国,还获得耐抗生素的拟球菌195菌株,能专一地使高氯乙烯(如四氯乙烯)完全转化为无害的乙烯。 

  2、基因工程菌在生物降解中的应用 

  基因工程技术作为生物降解处理有机污染物研究的前沿领域,能够提高微生物的降解速率,拓宽底物的专一性范围,维持低浓度下的代谢活性,改善有机污染物降解过程中的生物催化稳定性等。因此从环境中筛选分离出的菌种,经过基因工程手段改造后能够成为具有特殊降解功能的超级工程菌。 

  石油污染在中国乃至世界是一个很大的危害,所以急需寻找能够降解石油污染物的工程菌。Chakrab-arty等人在20世纪70年代首先构建成功了具有多种降解功能的细菌菌株。他们将假单胞菌中不同菌株的CAM、OCT、SAL、NAH四种降解性质粒接合转移至1个菌株中,构建成1株能同时降解芳香烃、多环芳烃、菇烃和脂肪烃的“超级细菌”。该菌能将天然菌要花一年以上才能消除的浮油缩短为几个小时,取得了美国的专利权,在污染治理工程菌的构建上,这是第一块里程碑。 

  崔中利等分离到一株假单胞菌(Pseudomormssp)P3,该菌能够以对硝基苯酚为唯一碳源和氮源进行生长,P3有比较广泛的底物适应性,对多种芳香族化合物都有降解能力,以P3为受体菌,通过接合转移的手段将甲基对硫磷水解醇基因mpd克隆至P3菌中,获得了具有甲基对硫磷水解酶活性的基因工程菌PM,PM能够以甲基对硫磷为唯一碳源进行生长,具有较高的甲基对硫磷降解活性及稳定性。多环芳烃萘可采用现场活体转基因微生物进行修复。Sayler等利用经过萘降解质粒PUTK21修饰的Pseudomonas fluorescens菌株HK44对萘进行降解,其中降解质粒经过了lux基因诱变。该转基因微生物对萘的降解分为两步,首先是使萘转化为水杨酸盐,然后氧化水杨酸盐使其成为乙醛和丙酮酸盐。当该转基因微生物暴露于萘或其代谢中间产物时,该生物体就会发光,我们就可以通过光学和光子计算模型对其进行在线监测。 

  3、代谢工程在生物降解中的应用 

  通过代谢工程手段可以把不同宿主细胞来源的代谢组件组装到一个宿主细胞中,从而达到创造新的代谢途径,扩大宿主底物利用范围,使宿主对某些环境污染物部分降解为彻底矿化等目的,防止生成难以降解的终端产物或有毒的中间产物而对环境造成二次污染。 

  如恶臭假单胞菌P・prtida mt22虽然具有降解广泛底物的甲苯途径,但它不能直接利用苯作为底物,这限制了对石油污染物的降解。Lee等人克隆了编码甲苯还原酶的基因todClC2BA,并将重组质粒导入P・prtida mt22中,使重组菌株可以彻底降解苯、甲苯和二甲苯。 

  Walker等将有机磷水解酶基因opd和来自Pseudomonas sp・ENV2030的对硝基苯酚降解酶基因转入Pseudomonas putida中得到能以对硫磷作为唯一碳源和能源生长的工程菌,为该类污染物的降解提出了新的方法。 

  2-氯甲苯(2-chlorotoluene)也是一类较难降解的氯代芳香族化合物。Haro MA等对2-氯甲苯的代谢降解途径进行了深入的研究,并构建了可以降解2-氯甲苯的假单胞工程菌。组合的途径包括:从菌株Pseudomonas putida F1的TOD系统获得一个编码甲苯双加氧酶基因(todC1C2BA)的片段,可以将2-氯甲苯转化为2-氯苯甲醛;另一个片段来自Pseudomonas putida mt-2菌株的PWW0质粒,编码整个TOL途径,表达的苯甲醇脱氢酶(由xylB编码)和苯甲醛脱氢酶(由xylC编码)可以将2-氯苯甲醇转化为2-氯苯甲酸。将上述的TOL和TOD片段组合到单个的mini-Tn5转座子,再将此转座子整合到2-氯苯甲酸降解菌Pseudomonas aeruginosa PA142和Pseudomonas aeruginosa JB2的染色体上,然后通过实验,证明的确可以将2-氯甲苯矿化,同时证明,PA142和JB2都不能将2-氯甲苯作为唯一的碳源。 

  三、微生物处理技术研究的主要方向 

  1、寻求能够降解有机污染物的高效的多功能菌种 

  前面已经介绍了大量的国内外关于这方面的报道。但是这些已发现的自然菌种或者已经构成的工程菌大部分都是专一性菌种,寻找降解性更强的多功能降解菌群仍是研究的主要任务之一。 

  2、提高有机污染物的可利用性 

  大部分有机污染物的辛醇水分配系数都很高,尤其是污泥中的有机污染物,因为它们都是经过水处理以后富集在污泥当中的。这些污染物吸附在污泥上,难以与微生物接触,由此导致有机物的可利用性降低。为了提高有机物的可利用性,这方面的工作主要集中在对疏散和解吸污染物非常有效的表面活性剂上。TiehmA等人用两种聚乙烯烷基苯基醚非离子表面活性剂研究了多环芳香烃的生物可利用性。结果表明,由于表面活性剂增强了多环芳香烃的活性而加快了PAHs的降解,所有的实例中均发现了土壤污染毒性的降低。房敏等人研究多环芳烃的降解性时添加了非离子表面活性剂吐温80,发现吐温80的添加对蒽和芘的生物降解率有着显著的作用,分别是不加表面活性剂对照处理的1.5倍和2.5倍。 

  3、探明高效降解菌株的代谢动力学和代谢机理 

  目前对于微生物降解有机污染物的代谢动力学和代谢机理的报道还不太多,尤其是关于共代谢的机理,到目前也没有形成统一的解释。Foster认为微生物不能在某种基质上生长的原因,并不是因为微生物不能分解代谢该物质,而是由于微生物本身缺乏吸收、同化其氧化产物的能力。Hughes提出卤代芳烃化合物的共代谢是由于微生物无法从苯环上脱去卤素取代基,并把芳香环基质导向碳吸收同化的节点。Tranter和Cain把具有氧化代谢卤代芳烃化合物功能的细菌不能在该基质上生长的原因归结于中间产物的抑制。但目前提出的各种假设都不能圆满的解释实际工程中所发生的各种共代谢现象,而且不同的生长基质培养出的细菌的驯化能力是不一样的。对于机理的研究一般包括阐明共代谢底物的反馈机制、传递效率、氧气供应等。王建龙等人对具有高效脱氯能力的微生物群落的生理特性进行了研究,结果表明,该微生物群落可以利用丙酮酸为碳源和能源,丙酮酸发酵、硫酸盐还原和脱氯反应三个过程严格的按顺序依次进行,并且丙酮酸浓度在最初2天内急剧下降,同时有代谢产物乙酸、甲酸和氢气形成。只有当硫酸盐被还原成硫化物后,脱氯反应才会发生,硫酸盐和钼酸盐的存在会强烈抑制微生物的脱氯活性。溴乙烷磺酸酯可以完全抑制微生物的产甲烷活性。 

  总结 

  科学技术的发展扩大了环境微生物研究的广度和深度,这些技术的发展必然提高人们对降解性微生物的整体和系统的认识,使得这项研究更具目标性和可控性,为更有效地治理难降解污染物提供坚实的理论和技术支持。 

  参考文献 

  [1] 陈维璞,柴硕,李茹山,史雪廷.难降解有机污染物的生物治理[J].黑龙江科技信息.2010(18) 

  [2] 吴春芳,吴星五.有机污染物的微生物处理研究进展[J].四川环境.2006(05) 

  [3] 张红兵.固定化微生物处理有机污染物[J].山西化工.2007(01) 

更多
  • 相关新闻
  • 热点推荐
  • 我来说两句 ()
用户名: 验证码: 验证码
  • 本月热门下载
  • 环保推荐论文
关于我们 - 免责声明 - 广告合作 - 支付方式 - 联系方式 - 申请链接 - 网站帮助 - 网站地图 - 土木工程网手机版
Copyright © 2007 - 2012 www.civilcn.com All Rights Reserved. 土木工程网 版权所有 赣ICP备08000460号 赣公网安备 36070202000220号
客户服务 MSN: civilcn#163.com E-mail: 手机:15979848699