多环芳烃降解菌的研究进展
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展多环芳烃（PAHs）是一类广泛存在于环境中的有机污染物，由于其低挥发性和难降解性，对环境及生物造成较大的危害。
研究发现高效降解PAHs的微生物对于环境污染修复和生物降解技术的发展至关重要。
本文对近年来微生物降解土壤中PAHs的研究进展进行了综述，总结了不同微生物降解PAHs的机制和影响因素。
在微生物降解PAHs的机制方面，研究表明，微生物降解PAHs的主要途径是通过酶的作用将PAHs氧化分解为较小的化合物。
氧化酶是最关键的降解酶，如环氧化酶、苯并三环二酮酶等。
还有一些微生物通过羧化酶、脱氢酶等酶来降解PAHs。
微生物降解PAHs还涉及到一系列辅助因子，包括细胞表面（如外膜）、细胞中质子梯度、底物生物可及性等。
这些辅助因子对于微生物降解PAHs的效率和速率具有重要影响。
然后，本文介绍了影响微生物降解PAHs的因素。
土壤中的微生物种类和数量对PAHs 降解的效果非常重要。
一般来说，细菌和真菌是降解PAHs的主要微生物。
一些微生物在降解PAHs时还需要其他细菌的合作作用，例如多菌种共培养。
土壤的pH值和温度也对微生物降解PAHs的效率有很大影响。
一般来说，较高的pH值和温度有利于微生物降解PAHs。
还有一些土壤成分对微生物降解PAHs有抑制作用，如有机质的含量、金属离子的存在等。
本文总结了一些研究中取得的重要成果。
有研究发现一些具有特殊降解能力的细菌和真菌，如PAHs降解能力极强的海洋细菌和真菌。
还有研究发现一些微生物在PAHs降解的过程中产生的中间产物具有潜在的生物毒性，这将对环境安全产生潜在威胁。
研究如何降低中间产物的毒性，提高PAHs降解的效率和安全性，是未来的研究方向。
微生物降解土壤中PAHs的研究已经取得了一些重要的进展，但仍然存在很多挑战。
未来的研究需要进一步深入探究微生物降解PAHs的机制和影响因素，并开发新的技术和方法来提高PAHs降解的效率和安全性，以实现环境污染的有效修复和保护。
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展近年来，随着工业化的加快和城市化的进程，多环芳烃（PAHs）等有机污染物在土壤中的含量逐渐增加，对环境和人类健康造成了严重的威胁。
研究土壤中多环芳烃的降解机制及其微生物降解的研究成为了当前环境污染领域的热点。
多环芳烃是一类由两个或以上苯环连接在一起的化合物，具有稳定性、难降解和毒性大的特点。
传统的多环芳烃治理方法主要包括物理和化学方法，如土壤挖掘、氧化还原等。
这些方法存在成本高、操作复杂、二次污染等问题，且对土壤微生物群落的影响不可忽视。
相比之下，微生物降解是一种经济、高效、无二次污染的方法，被广泛应用于多环芳烃的治理。
土壤中的微生物是重要的多环芳烃降解能力来源。
随着分子生物学和生物技术的进步，越来越多的微生物具有多环芳烃降解能力被发现和应用。
常见的多环芳烃降解菌属于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两类。
革兰氏阳性菌主要包括芳香类微生物门（Actinobacteria、Firmicutes等），革兰氏阴性菌主要包括变形菌门（Proteobacteria）等。
脱氧核糖核酸（DNA）技术的应用使得一些深海细菌和土壤细菌被发现具有降解多环芳烃的潜力。
微生物降解土壤中多环芳烃的机理主要包括吸附、生物转化和氧化还原反应。
多环芳烃分子进入微生物细胞内，通过细胞表面的吸附作用，实现与微生物细胞的接触。
然后，微生物通过内外源酶的作用，将多环芳烃分解为低分子量物质（如酚、酸、醛等），以供细胞能量代谢。
多环芳烃降解过程中产生的过氧化物、过氧化氢等氧化剂通过氧化还原反应与多环芳烃分子发生反应，最终降解为无毒的物质。
1. 多环芳烃降解菌的筛选和应用：通过高通量测序技术和分子生物学方法，加速了多环芳烃降解菌的筛选和鉴定。
通过基因工程技术改良和增强这些菌株的降解效能，提高了降解率和速度。
2. 降解机制的研究：通过对多环芳烃降解菌基因组和代谢产物的研究，揭示了多环芳烃降解的分子机制，为优化微生物降解技术和降解途径提供了理论依据。
多环芳烃降解菌的降解特性与降解途径研究
多环芳烃降解菌的降解特性与降解途径研究一、本文概述多环芳烃（PAHs）是一类广泛存在于环境中的持久性有机污染物，主要来源于化石燃料的燃烧和工业生产过程。
由于其强致癌、致畸、致突变等特性，对生态环境和人体健康构成了严重威胁。
因此，研究和开发有效的多环芳烃降解技术具有重要的现实意义。
本文旨在深入探讨多环芳烃降解菌的降解特性与降解途径，以期为环境保护和污染治理提供理论支持和实践指导。
文章首先概述了多环芳烃的来源、分布和危害，以及当前多环芳烃降解技术的研究进展。
接着，详细介绍了多环芳烃降解菌的种类、分离筛选方法以及降解特性，包括降解菌对多环芳烃的降解效率、降解速率、降解产物等。
在此基础上，文章深入探讨了多环芳烃降解菌的降解途径和降解机制，包括生物转化过程、关键酶的作用、基因表达调控等。
文章还讨论了多环芳烃降解菌在实际应用中的潜力和限制因素，并提出了相应的改进措施和发展方向。
通过本文的研究，旨在全面理解多环芳烃降解菌的降解特性与降解途径，为开发高效、环保的多环芳烃降解技术提供理论依据和技术支持。
也为环境保护和污染治理领域的研究者提供有益的参考和启示。
二、多环芳烃降解菌的筛选与鉴定为了深入研究多环芳烃的降解特性与途径，首要的任务是从复杂的环境样本中筛选出具有多环芳烃降解能力的微生物。
本研究采用了多种方法相结合的策略，以确保筛选出高效且多样的降解菌。
富集培养：我们采集了可能含有降解菌的土壤和水体样本，并通过添加多环芳烃作为唯一碳源进行富集培养。
这种方法旨在选择那些能够利用多环芳烃作为生长碳源的微生物。
平板筛选：随后，将富集培养后的微生物涂布在多环芳烃为唯一碳源的固体培养基上。
经过一段时间的培养，观察菌落生长情况，筛选出能够在多环芳烃为唯一碳源条件下生长的菌落。
初步鉴定：对筛选出的菌落进行初步的形态学观察和生理生化特性分析，如革兰氏染色、运动性检测、碳源利用试验等，以初步判断其分类和特性。
分子生物学鉴定：为了更精确地确定筛选出的微生物的种属和遗传特性，我们采用了分子生物学方法，如16S rRNA基因测序。
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展多环芳烃（PAHs）是一类广泛存在于环境中的重要环境污染物，其对环境与人类健康产生严重的危害。
目前，土壤中多环芳烃污染问题日益突出，因此，如何高效地降解多环芳烃成为环保领域的一个热门课题。
微生物降解土壤中多环芳烃的研究已成为PAHs降解技术中的一个重要方向。
1. 微生物降解PAHs的机理微生物降解PAHs的机理主要包括：1）微生物菌株能够通过PAHs与一种称为氧酶P450的酶结合来进行排斥作用，减少PAHs与细胞成分的接触；2）细胞表面附着菌株能够通过表面胶体物质、黏附性蛋白以及细胞表面的电荷作用与PAHs进行直接接触；3）利用细胞外生物膜(microbial extracellular membrane)为介质，将PAHs转运至微生物菌株内部，或者从细胞内部向外排放PAHs。
微生物降解PAHs的实际过程是由一系列酶介导的反应过程组成，其中涉及到氧化酶、脱氢酶等酶类，最终将PAHs分解为CO2和H2O。
另外，微生物菌株的降解能力主要与PAHs 分析学结构、磨细程度、环境因素等相关。
2. 自然降解和微生物降解的比较自然降解和微生物降解PAHs的差别主要体现在速度和效率方面。
自然降解的速度较慢，需要较长时间才能将PAHs分解为无毒的化合物。
而微生物降解具有速度快、成本低、环保无害等优点，其降解效率高，可以明显缩短降解周期。
考虑到微生物降解的这些优势，如何选择最合适的微生物菌株，利用生物修复技术处理土壤中的PAHs污染已成为研究热点。
微生物降解PAHs的效果受到多个因素的影响，其中最主要的因素包括：1）PAHs的性质，如单环或多环、溶解度、挥发性等；2）微生物菌株的种类、数量、代谢途径等；3）环境温度、pH值、水分、氧气含量等环境因素；4）PAHs的初始浓度和污染程度。
微生物降解PAHs具有很高的应用前景，尤其是在土壤修复中的应用。
生物修复技术是一种相对较新的污染物处理方法，除了微生物降解PAHs外，还包括微生物植物修补法(Microbial-phytoremediation)，土壤堆肥化法化法(Soil composting)等。
多环芳烃降解菌的筛选、降解机理及降解性能研究共3篇
多环芳烃降解菌的筛选、降解机理及降解性能研究共3篇多环芳烃降解菌的筛选、降解机理及降解性能研究1多环芳烃（PAHs）是一类具有广泛应用的化学物质，由于在生产、运输等环节中不当处理而形成的污染物使得PAHs在环境中广泛存在。
而PAHs在自然环境中的生物降解速度缓慢，引发环境问题和生态危害，因此，在环境治理和污染修复方面，PAHs的降解成为一项重要的研究方向。
多环芳烃降解菌因其在PAHs分解中发挥重要作用而备受关注。
多环芳烃降解菌的筛选是研究PAHs降解的关键步骤。
目前，已经成功分离得到了许多对PAHs具有高水平降解能力的菌株，例如Sphingomonas、Pseudomonas和Mycobacterium等。
这些降解菌在土壤、水源等环境中都能有效地分解PAHs污染物，具有很强的应用价值。
多环芳烃降解菌的降解机理和降解能力是研究重点之一。
多环芳烃具有复杂性和多样性，降解机制也各异不同。
常见的PAHs降解途径包括：氧化、脱氢、脱环等反应，这些反应的发生都需要通过特定酶类的催化作用才能实现。
例如，多环芳烃阵列氢氧化酶（PAH-OH）可以将PAHs转化为相应的二元酸或酮类物质。
据研究表明，多环芳烃降解菌的降解能力与菌株自身的代谢活性、酶类酶学特性等密切相关。
多环芳烃降解菌的降解性能研究将对其应用于实际环境治理具有指导作用。
因为PAHs的化学结构复杂，降解过程中需要较高反应能量和完整的降解途径。
由于不同的菌株在PAHs降解稳定性、耐受性、适应性等方面存在差异，所以选择适合的菌株在实际应用中具有很高的重要性。
因此，深入研究PAHs降解菌株的降解性能，探究其在不同养分、温度、pH等环境变化下的生存、刺激响应和降解速率等特性，有助于更好地了解多环芳烃降解菌的整体性能和应用潜力，并为之后的环境修复工作提供更有针对性的建议和指导。
综上所述，多环芳烃降解菌的筛选、降解机理和降解性能研究对PAHs污染治理具有重要意义。
今后，研究人员将在这个领域展开更深入的研究，努力为保护环境、构建共享绿色家园做出贡献综合研究表明，多环芳烃降解菌的筛选、降解机理和降解性能研究是解决PAHs污染治理问题的重要途径。
多环芳烃在环境中污染的微生物降解的研究进展
3!微生物降解多环芳烃的机理
微生物是生态系统中最重要的分解者， 对多环芳烃具有较强的分解代谢能力和较高的代谢速 率。 刘世亮等研究表明， 微生物降解多环芳烃一般有两种方式： 一种是以多环芳烃为唯一碳源和能 源； 另一种是将多环芳烃与其他有机质进行共代谢。沈德中研究表明微生物降解难易度取决于化 学结构的复杂性和降解酶的适应程度。另外， 影响微生物降解()*+的因素还有温度、 盐度、 通 >*、 气状况、 营养盐和()*+浓度等。 进行()*+的降解 3!1筛选分离高效优势菌种， 微生物降解是自然环境中去除()*+的主要途径， 在被 ()*+ 污染的沉积 ?#./ 等的研究表明， 物中， 微生物降解 ()*+ 的能力远高于未受污染的沉积物。许多细菌、 真菌具有降解多环芳烃的能 力， 在多环芳烃高效降解菌中， 研究最充分的是白腐菌， 苯并 @567’ 曾经报道了 12 种具有降解蒽、 芘的白腐菌， 但不同种的菌对各多环芳烃及其转化产物的降解能力不同， 有些仅仅只能将多环芳
2!3多环芳烃的毒性及危害
现己公认多环芳烃是对包括人类在内的动物界危害很大的一类污染物。 多环芳烃是有毒难降 解的有机污染物， 特点是毒性大， 成份复杂， 化学耗氧量高， 一般微生物对其几乎没有降解效果， 如 果这些物质不加治理地向环境排放， 多环芳烃在其生成、 迁移、 转化和降解过程中， 通过三种途径 侵入人体、 动物体， 即直接吸入被污染的气体； 食用烟熏食物及饮用被污染水； 皮肤直接与烟灰、 焦 油及各种石油产品等接触! 呼吸道、 皮肤、 消化道进入人体， 极大地威胁着人类的健康， 有很强的致 畸、 致癌、 致突变作用。多环芳烃对人体造成危害的主要部分是呼吸道和皮肤。人们长期处于多环 芳烃污染的环境中， 可引起急性或慢性伤害。 多环芳烃的毒性还表现在， 它们能使一些生物的生长 受到抑制， 以及光诱导毒性； 使包括人类在内的动物界体内细胞的生长繁殖速度失控， 基因突变， 畸形繁殖， 引发肿瘤或癌变。()*+ 种类繁多， 每一类在与细胞接触时， 进攻破坏的方式有所差异， 所以多环芳烃引发的癌变是多种类型的， 其中肺癌居多。 多环芳烃毒性的另一个表现是， 光诱导毒 性。()*+的光诱导毒性大小与化合物分子结构、 成链轨道与反键轨道能级差、 化学稳定性等内部 因素及辐射光波长、 辐射强度等外部因素有关。多环芳烃分子量越大， 在土壤中的半衰期越长， 影 响土壤中()*+的降解速度的因素还有()*+的浓度、 土壤结构、 土壤是否种植作物等。环境中的多 环芳烃主要来源于人为生产生活活动过程， 每年因人类生产生活活动向地球上各种环境系统中释 放的()*+有成干上万吨， 远远超过了环境的自净能力。如果再不采取措施防治， 其后果是严重的。
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展本文将从微生物降解PAHs的机制、微生物降解PAHs的实践应用以及微生物降解PAHs 存在的问题和展望进行综述。
一、微生物降解PAHs的机制微生物降解PAHs的机制多种多样，一般分为两类：一是直接利用PAHs为能源物质的代谢途径，二是将PAHs分解成短链脂肪酸、醇或二氧化碳等低毒、无毒物质。
1. 直接利用PAHs为能源物质的代谢途径微生物降解PAHs的代谢途径主要有以下几种：(1) 具有喜好多环芳烃的厌氧细菌（类如邻苯二甲酸脱羧菌、乙酸发酵菌等），可在缺氧环境下利用PAHs为能源合成丰富的乙酸、醋酸、CO2等化合物。
(2) 革兰氏阳性细菌（类如豆状芽孢杆菌、光合细菌等）可利用PAHs为能源结构单元合成各种生化物质（类似于底物同化作用）。
(3) 具有PAHs代谢基因的低氧、微好氧的非典型细菌（如植物根唯一的Azoarcus属细菌等），可利用PAHs为能源和为生长提供必要的碳源。
2. 将PAHs分解成低毒、无毒物质(1) I类铁硫蛋白氧化还原酶（I ROD）途径：将PAHs氧化成亚甲基化物，随后通过苯酚路径进一步降解。
(2) Ⅱ类铁硫蛋白氧化还原酶（II ROD）途径：类似于Ⅰ类酶，但不会产生苯酚等二级代谢产物，而是降解成双酚A等。
(3) 咔唑、苯酚、邻苯二甲酸等二级代谢途径：PAHs最终降解成无毒物质如二氧化碳和水等。
1. 土壤修复领域PAHs污染土壤的修复通常使用生物修复技术，微生物降解是其中最常用的方法之一。
通过添加种类多样的PAHs分解菌，提高菌群在土壤中的数量和活性，快速修复污染土壤。
2. 水体处理领域PAHs是一种难以降解的水污染物质，通常需要借助微生物来降解。
加入PAHs分解菌后，可以提高细菌的数量和活性，快速降解PAHs。
3. 食品安全领域PAHs是一种可能存在于食品中的致癌物质，通过添加PAHs分解菌，能够有效地控制PAHs的含量，降低致癌物质的风险。
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展多环芳烃（PAHs）是一类由两个以上的芳环结构组成的有机化合物，常见的PAHs包括萘、苊、菲、芘等。
它们广泛存在于自然环境中，如土壤、水体和大气中，是工业活动、燃煤和交通尾气等活动的副产物。
由于其强烈的毒性和致癌性，PAHs对环境和人体健康造成了严重的威胁。
寻找和开发安全有效的方法来降解PAHs是一个迫切的任务。
微生物降解是一种具有潜力的方法，可以在自然界中处理和清除PAHs。
许多微生物，如细菌、真菌和酵母等，已被证实具有降解PAHs的能力。
这些微生物通过产生特殊的酶来分解PAHs，并将其转化为无害的物质，如二氧化碳和水。
微生物降解PAHs的过程可以分为三个主要阶段：吸附和附着、分解和转化以及利用。
近年来，对于微生物降解土壤中PAHs的研究进展越来越多。
研究人员发现，一些特定的细菌株可以高效降解土壤中的PAHs。
某些属于Pseudomonas、Bacillus和Sphingomonas 等菌属的细菌，已被证明对PAHs有很强的降解能力。
一些真菌和酵母也被发现可以有效降解PAHs，如白腐菌属（White-rot fungi）和曲霉属（Aspergillus）。
这些微生物降解土壤中PAHs的能力，为开发高效的生物修复技术提供了基础。
研究人员还发现，微生物降解土壤中PAHs的效率受到多种因素的影响，包括温度、pH 值、湿度、氧气含量和营养物质等。
在开发生物修复技术时，需要充分考虑这些因素的影响，并优化条件以提高降解效率。
最近，一些研究重点关注了微生物降解PAHs的分子机制。
研究人员发现，降解PAHs 的微生物通过特定的途径和酶将其分解为较小的化合物。
通过解析这些降解途径和酶的结构和功能，研究人员可以为进一步优化生物修复技术提供指导。
微生物降解土壤中PAHs的研究进展已经取得了显著的进展，为开发高效的生物修复技术提供了基础。
随着对微生物降解机制的深入研究和条件优化的进一步推进，相信微生物降解将成为一种可行且可持续的方法来处理土壤中的PAHs，并减少其对环境和人类健康的潜在风险。
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收稿日期:2019-04-04作者简介:陈铮(1994-),男,浙江台州人,浙江万里学院生物工程专业2016级硕士研究生,研究方向:生物工程。
多环芳烃降解菌的研究进展陈铮袁陈勇(浙江万里学院,浙江宁波315100)摘要:多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons ,PAHs )是环境中普遍存在的有机污染物,由于具毒性、突变性、诱变性、致癌性和难降解等特性,造成环境潜在的危害。
多环芳烃可通过吸附、挥发、光降解和化学氧化等进行降解。
微生物降解多环芳烃污染物是一种温和、高效和经济的方法,但受制于环境因素,如微生物群落种类和PAHs 化学特性等。
目前有关多环芳烃降解代谢路径、降解基因调控及酶等已取得重大研究成果,尤其是近年来随着遗传学、基因组、蛋白质组学和代谢组学技术的快速发展,促进PAHs 环境修复技术的进步。
本文旨在总结细菌、嗜盐古生菌、真菌对多环芳烃转化和降解的最新研究进展,展望环境生物修复技术的发展。
关键词:生物降解;多环芳烃(PAHs );细菌;真菌中图分类号:F427文献标识码:A 文章编号:1671-2250(2019)03-0066-050引言多环芳烃(PAHs )是指具有两个或两个以上苯环的一类有机化合物。
因具有毒性、遗传毒性、突变性和致癌性,使其成为人们高度关注的一类有机污染物。
随着其环数增加、化学结构的变化和疏水性的增强,其电化学稳定性、持久性、抗生物降解能力和致癌性会增大,挥发性也会随着其分子量的增加而降低[1]。
多环芳烃在自然界许多生物链都存在生物积累效应,其在自然界中的含量相当惊人[2],因此也被认定为影响人类健康的主要有机污染物[3]。
化石燃料中含有大量的多环芳烃,在不完全燃烧情况下,在石油运输、使用或储存过程之中意外泄露事故等造成大量PAHs 释放到环境中[4,5]。
在空气、土壤、海洋、沉积物、地表水以及地下水等环境中都有PAHs 的分布[6]。
自然界和人为产生的多环芳烃会随着全球大气的流动分散到各地,多环芳烃从大气中进入植被,最终导致在食物链中富集[2]。
将多环芳烃(PAHs )从环境中去除被认为是恢复污染环境最重要的方法。
许多物理处理和化学处理方法已经尝试过,其中包括焚烧法、碱催化脱氯、紫外线氧化、固定、溶剂萃取等[7],但这类方法存在成本高、较复杂、难以进行调控等弊端。
此外,这些传统环境修复技术在许多情况下难以将这些污染物完全去除,而只是把它们从一个环境中转移到另一种环境中或者形成另一种污染物。
为了解决这个严峻问题,研究人员提出一种高效环保的清洁技术,即生物修复技术。
目前该技术正在逐步完善以便解决环境污染问题。
微生物修复技术是利用生物体的解毒能力,将有害有机废物转化为无害的二氧化碳和水[8]。
目前微生物修复已经成为修复环境和去除包括多环芳烃在内许多污染物的重要技术。
与高分子量多环芳烃相比,低分子量的多环芳烃相对稳定性较差,更易溶于水,因此也更易被微生物降解。
低分子量的多环芳烃如萘、蒽和菲广泛存在于环境中,其作为典型的多环芳烃化合物通常是多环芳烃化合污染物检测的主要目标对象。
萘是多环芳烃化合物中结构最简单的,而蒽和菲的化学结构在许多致癌多环芳烃中存在。
第3期陈铮,陈勇:多环芳烃降解菌的研究进展1细菌和嗜盐古细菌对PAHs的降解1.1细菌对多环芳烃的降解细菌经过三十亿年的进化已经具备代谢几乎所有化合物获取能量的能力,并已被视为自然的终极清除剂。
由于细菌具有较强的适应性,已被广泛用于降低或修复污染环境的危害。
目前已发现的多环芳烃降解菌有很多种,其中萘和菲降解菌的研究更为广泛。
多环芳烃降解的代谢路径在有氧和无氧条件下是截然不同的。
在有氧条件下的多环芳烃代谢过程,氧不仅是最终电子受体也是一个羟基化和多环芳烃开环裂解的反应底物。
相反,在无氧条件下多环芳烃的降解是完全不同的代谢路径,主要是进行还原反应[9]。
细菌通常在有氧条件下降解PAHs,主要通过加氧酶进行代谢,加氧酶主要包括单加氧酶或双加氧酶。
细菌降解PAHs的第一步是通过双加氧酶使苯环上的碳原子发生羟基化作用形成顺式二氢醇,在二醇脱氢酶的作用下形成二醇中间体,通过内源或外源双加氧裂解酶通过邻位裂解或次裂解途径将二醇中间体雌二醇进行裂解反应形成中间体(如儿茶酚),最终转化为TCA循环中间体[4]。
能够降解多环芳烃的细菌在自然界中普遍存在,许多萘降解细菌降解萘的代谢途径、酶的机制和基因调控已有详细报道[2]。
恶臭假单胞菌G7的质粒NAH7上的萘降解基因是最具特色的[10]。
除了假单胞菌属外还发现大量的鞘氨醇单胞菌属菌株也同样具有降解多环芳烃的能力,其中主要包括鞘氨醇菌属、鞘氨醇单胞菌、新鞘氨醇杆菌。
鞘氨醇单胞菌对多环芳烃也具有较强的分解代谢能力,能够降解多种天然和人造化合物包括高分子量多环芳烃[11]。
多环芳烃降解菌中红球菌属是非常独特的,具有很强的降解PAHs能力。
与通常具有成簇萘降解基因的假单胞菌和其他革兰氏阴性菌相比,革兰氏阳性菌红球菌通常只表达三个结构基因(narAa,narAb, narB)降解萘[8]。
通常将环数超过三个的多环芳烃化合物称为高分子量PAHs,其中常见的有荧蒽和苯并荧蒽。
由于其稳定性高难降解、高毒性、致突变性和致癌特性,因此在环境治理领域备受关注[2]。
在过去的几十年里,有关高分子量多环芳烃的微生物降解研究有明显的发展,包括许多降解高分子量PAHs的相关菌株[4]。
1.2嗜盐尧耐盐细菌和古细菌对多环芳烃的降解由于人类活动造成的环境污染已蔓延到所有类型生态系统中,其中也包括海洋生态系统。
高盐生态系统通常也被含有有机污染物多环芳烃的工业废水和城市污水污染。
尤其是石油工业产生的废水中含有大量包括PAHs污染物,是环境中芳烃化合物污染物主要来源之一。
在高盐的极端环境下微生物对PAHs 污染物的降解在近年也越来越被重视。
最初人们认为具有PAHs降解能力的细菌种类是特定的,与样品最初来源没有关系。
但是随着研究的深入,表明多环芳烃降解菌的种类远远超过之前的预期。
目前大量研究已表明,具有PAHs降解功能的细菌、古生菌主要有:琢-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、放线菌、厚壁菌门和嗜盐古生菌。
1.3真菌对多环芳烃的降解近年来有关真菌对PAHs的生物降解研究已很广泛,报道了很多真菌对PAHs污染物的代谢[2]。
许多真菌不能以唯一的碳源和能源对PAHs进行利用,但是真菌能够通过共同代谢作用将PAHs代谢为多种氧化产物或者二氧化碳。
细菌降解PAHs主要通过双加氧酶的酶或者单加氧酶对其进行降解反应。
真菌对PAHs的降解作用主要通过单加氧酶进行降解。
然而,真菌对PAHs的降解作用只是限于特定的菌株和生长条件才有效。
能够降解多环芳烃的真菌主要有两类:木质素降解菌(白腐真菌)和非木质素降解菌。
木质素降解真菌能够产降解木材木质素的漆酶(lignin peroxidase,LiP)和锰过氧化物酶(manganese peroxidase,MnP)。
非木质素降解真菌通过产细胞色素P450单加氧酶进行PAHs降解反应,不产生过氧化物酶或漆酶[12]。
2多环芳烃生物修复的影响性因素环境中影响多环芳烃降解效率的影响因素主要有温度、pH和氧气等。
2019年5月浙江万里学院学报2.1温度温度是污染环境中PAHs的生物降解的主要影响因素,因为环境中的温度不可能一直维持在微生物生长所需的温度。
当温度升高时PAHs的溶解性也会随着增加,从而会增加PAHs的生物利用度。
但是随着温度的升高溶解氧水平会降低,导致好氧微生物的代谢活性会降低。
有一些称为嗜冷菌的微生物可在较低温度条件下进行代谢作用,高温嗜热菌则相反。
2.2pHpH在PAHs生物降解过程中扮演非常关键的角色。
通常微生物对环境pH是比较敏感的,一般在中性条件下(6.5-7.5)更有利于大多数微生物的正常代谢。
2.3氧气包括PAHs在内的有机污染物可以好氧或者厌氧条件下被微生物降解。
但是大多数PAHs生物降解的研究是在有氧的条件下进行的,其中氧气作为辅和底物是限制代谢效率的关键因素。
2.4营养物质营养物质是能否有效修复多环芳烃污染环境的一个主要影响因素。
微生物生长需要碳源、氮源、磷源、钾、铁等多种元素才能维持正常生长代谢。
在营养物质匮乏的污染环境中需要通过添加营养物质来刺激“土著”微生物的生长,从而提高对污染物的生物修复作用[13]。
2.5生物转化率在生物系统中,生物转化率定义为在实验过程中可被生物体吸收或转化的化学物质的量。
生物转化率在传质参数的影响下会发生变化,其中包括溶解、解吸和扩散的物理化学过程、混合过程以及最终的吸收和代谢过程。
生物转化率是影响污染物生物修复中最关键因素之一。
3分子生物学技术在PAHs降解中的研究进展及发展方向目前随着遗传、基因组、蛋白质组学和代谢组学技术的研究发展和该技术在有机污染物生物修复领域中的应用,大大丰富了关于生理学、生态学、生物化学和微生物代谢途径调控机制各个方面的知识。
该研究成果的实际应用非常有必要。
通过处理和重建来提高自然发生进程。
因此开发更有效的生物催化剂用于各种生物技术领域非常重要,其中包括降解环境中的污染物和将有毒的化学物质转化成无害的产物或其他化学物质[14]。
近代微生物生态学中的一个重大进步是实现了基于特定的保守序列对特定的一组微生物进行分类,尤其是根据16S rRNA和18S rRNA基因可以预测一个特定环境中微生物种群的进化特征。
在生物修复领域该技术是一项重大发明,因为通过确定污染环境微生物种群中某些特定微生物便可预测生物修复潜力。
随着变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE)技术的出现,现在可以更精确地分析一个特定环境中微生物群落结构和动态[15]。
另外一项荧光原位杂交(FISH)技术在该领域也非常实用,并经常用于实践中[16]。
一般来说,污染物去除相关基因的相对丰度与生物修复效率之间存在着正相关的联系。
然而,有时会出现具有污染物清除有关基因但不进行表达的可能。
因此,通过荧光定量PCR技术检测关键分解代谢mRNA基因越来越受到人们的关注。
此外,转录组学,DNA同位素探针,单细胞基因组学和DNA芯片技术也相继应用于生物修复领域[17]。
DNA芯片是一种高通量DNA杂交技术,可以同时检测数量巨大的基因。
目前该技术在多环芳烃生物降解领域达到了应用。
基因组测序技术的发展促使生物修复领域发生了巨大变革。
现在通过全基因组测序技术可以更加详细地研究与污染物去除相关的微生物遗传生理学。
通过分析微生物全基因组序列或基因草图发现,许多可培养微生物具有潜在的代谢活性。
最近宏蛋白质组学和代谢组学技术已被用来开展环境微生物学的各个领域,其中包括微生物环境修复领域。