微生物降解多氯聯(lián)苯的研究進(jìn)展

1、微生物降解多氯聯(lián)苯的研究進(jìn)展微生物降解多氯聯(lián)苯的研究進(jìn)展主要內(nèi)容主要內(nèi)容多氯聯(lián)多氯聯(lián)苯簡介苯簡介微生物對多微生物對多氯聯(lián)苯的降解氯聯(lián)苯的降解存在問存在問題及展望題及展望來源性質(zhì)污污染染狀狀況況好好氧氧降降解解厭厭氧氧降降解解好好厭厭氧氧協(xié)協(xié)同同作作用用來來源源性質(zhì)性性質(zhì)質(zhì)好好氧氧降降解解厭厭氧氧降降解解好好厭厭氧氧協(xié)協(xié)同同作作用用好好氧氧降降解解多氯聯(lián)苯簡介多氯聯(lián)苯簡介（一）（一）PCBs的性質(zhì)的性質(zhì)（二）（二）PCBs的來源的來源（三）（三）PCBs的污染狀況的污染狀況（一）多氯聯(lián)苯的性質(zhì)（一）多氯聯(lián)苯的性質(zhì) 多氯聯(lián)苯（多氯聯(lián)苯（polychlorinated biphenyls，簡稱，簡稱

2、PCBs）是指以聯(lián)苯作為碳骨架，骨架上的氫被）是指以聯(lián)苯作為碳骨架，骨架上的氫被1-10個氯原子所取代而形成的一系列的同類物，理論上共個氯原子所取代而形成的一系列的同類物，理論上共有有209種異構(gòu)體，分子通式為種異構(gòu)體，分子通式為C12H10-nCln。結(jié)構(gòu)圖如。結(jié)構(gòu)圖如下下： （一）多氯聯(lián)苯的性質(zhì)（一）多氯聯(lián)苯的性質(zhì) 多氯聯(lián)苯是一類人工合成的持久性有機(jī)多氯聯(lián)苯是一類人工合成的持久性有機(jī)污染物，因而具有持久性有機(jī)污染物的基污染物，因而具有持久性有機(jī)污染物的基本特性，即持久性，生物累積性，長距離本特性，即持久性，生物累積性，長距離大氣傳輸性，毒性。大氣傳輸性，毒性。 （二）（二） 多氯聯(lián)苯的來源

3、多氯聯(lián)苯的來源 在環(huán)境中無已知的在環(huán)境中無已知的PCBs天然來源，而環(huán)境中天然來源，而環(huán)境中PCBs總含量的總含量的99%以上都存在于土壤中。土壤中以上都存在于土壤中。土壤中PCBs主要來源于大氣中吸附主要來源于大氣中吸附PCBs顆粒物的沉降，顆粒物的沉降，少量來源于填埋物滲漏、電容器、變壓器少量來源于填埋物滲漏、電容器、變壓器PCBs泄泄露、農(nóng)藥和作為肥料的活性污泥等。因此蒸發(fā)、滲露、農(nóng)藥和作為肥料的活性污泥等。因此蒸發(fā)、滲漏、廢棄是其主要來源。漏、廢棄是其主要來源。（三）（三）PCBs的污染狀況的污染狀況 PCBs具有親脂憎水性，它在機(jī)體具有親脂憎水性，它在機(jī)體內(nèi)有很強(qiáng)的蓄積性，并通過食物

4、鏈內(nèi)有很強(qiáng)的蓄積性，并通過食物鏈逐漸被富集。逐漸被富集。PCBs的特性使之能遠(yuǎn)的特性使之能遠(yuǎn)程遷移，從北極的海豹到南極的海程遷移，從北極的海豹到南極的海鳥蛋、以及從美國、日本和瑞典等鳥蛋、以及從美國、日本和瑞典等國的人乳中均監(jiān)測出了國的人乳中均監(jiān)測出了PCBs，甚至，甚至在海拔幾千米的西藏南迦巴凡峰上在海拔幾千米的西藏南迦巴凡峰上也檢測出了也檢測出了PCBs。（三）（三）PCBs的污染狀況的污染狀況 我國我國PCBs的生產(chǎn)總量達(dá)萬余噸，其在環(huán)的生產(chǎn)總量達(dá)萬余噸，其在環(huán)境中的污染分布狀況為：東部沿海地區(qū)及境中的污染分布狀況為：東部沿海地區(qū)及東北重工業(yè)區(qū)占東北重工業(yè)區(qū)占PCBs總量的總量的45.2

5、%，中部，中部地區(qū)占地區(qū)占35.7%，西部地區(qū)占，西部地區(qū)占19.1%。 微生物對多氯聯(lián)苯的降解微生物對多氯聯(lián)苯的降解（一）（一） 好氧降解作用好氧降解作用（二）厭氧降解作用（二）厭氧降解作用（三）好氧（三）好氧-厭氧協(xié)同厭氧協(xié)同 作用作用（一）好氧降解作用（一）好氧降解作用 好氧生物降解包括兩種方式，一種是礦化，好氧生物降解包括兩種方式，一種是礦化，一種是共代謝。大部分氯取代的聯(lián)苯只能通一種是共代謝。大部分氯取代的聯(lián)苯只能通過共代謝的方式被轉(zhuǎn)化。過共代謝的方式被轉(zhuǎn)化。 好氧過程能將好氧過程能將5個氯以下低氯含量的個氯以下低氯含量的PCBs氧化為氯代苯甲酸，但很難降解高氯含量的氧化為氯代苯甲酸

6、，但很難降解高氯含量的PCBs。 1.共代謝降解共代謝降解PCBs 的微生物類群的微生物類群 到現(xiàn)在為止，人們已經(jīng)在無色桿菌屬、不動桿菌屬、到現(xiàn)在為止，人們已經(jīng)在無色桿菌屬、不動桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、節(jié)桿菌屬、假單胞菌屬、白腐菌屬中發(fā)產(chǎn)堿桿菌屬、節(jié)桿菌屬、假單胞菌屬、白腐菌屬中發(fā)現(xiàn)能夠降解氯代芳烴的菌株?，F(xiàn)能夠降解氯代芳烴的菌株。 主要的好氧降解菌有伯克霍爾德氏菌，紅球菌，糞產(chǎn)主要的好氧降解菌有伯克霍爾德氏菌，紅球菌，糞產(chǎn)堿假單胞菌，真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌，不動桿菌，節(jié)桿菌，耐堿假單胞菌，真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌，不動桿菌，節(jié)桿菌，耐寒假單胞菌，產(chǎn)堿桿菌等等。寒假單胞菌，產(chǎn)堿桿菌等等。PCB降解真菌主要是白降解真菌主

7、要是白腐真菌腐真菌 ，還有一些絲狀真菌和酵母，還有一些絲狀真菌和酵母 。 這幾年也不斷有新的降解菌被分離，如這幾年也不斷有新的降解菌被分離，如MS3-02，它可以在不加聯(lián)苯的培養(yǎng)基中降，它可以在不加聯(lián)苯的培養(yǎng)基中降解解PCBs，聯(lián)苯的加入反而有阻礙作用；，聯(lián)苯的加入反而有阻礙作用；IR08，可以利用，可以利用4，4-二氯聯(lián)苯為碳源進(jìn)行二氯聯(lián)苯為碳源進(jìn)行生長，且利用能力高于聯(lián)苯；生長，且利用能力高于聯(lián)苯；Cam-1，IA3-A，可低溫共代謝，可低溫共代謝PCBs，對低溫地區(qū)污染，對低溫地區(qū)污染的修復(fù)有一定意義；的修復(fù)有一定意義；B2.6，在含，在含PCBs的高的高鹽培養(yǎng)基中生長狀態(tài)良好，鹽培養(yǎng)基

8、中生長狀態(tài)良好，72h的降解率可的降解率可達(dá)到達(dá)到90%，具有潛在的應(yīng)用能力。，具有潛在的應(yīng)用能力。 徐莉等人（徐莉等人（2010）采用溶液搖瓶實驗研究了苜蓿）采用溶液搖瓶實驗研究了苜蓿根瘤菌對三氯代聯(lián)苯單體以及根瘤菌對三氯代聯(lián)苯單體以及18種多氯聯(lián)苯混合物種多氯聯(lián)苯混合物的降解轉(zhuǎn)化能力。實驗證明，苜蓿根瘤菌能夠轉(zhuǎn)化的降解轉(zhuǎn)化能力。實驗證明，苜蓿根瘤菌能夠轉(zhuǎn)化降解多種降解多種PCBs，特別是低氯的，特別是低氯的PCBs同系物。在對同系物。在對2，4，4-TCB的轉(zhuǎn)化過程中，隨著底物濃度的增加，的轉(zhuǎn)化過程中，隨著底物濃度的增加，根瘤菌的降解效率不斷增加，最高達(dá)到了根瘤菌的降解效率不斷增加，最高達(dá)

9、到了98.5%。 史舜燕等人（史舜燕等人（2012）采用富集培養(yǎng)的方法從）采用富集培養(yǎng)的方法從PCBs污染土壤中篩選到污染土壤中篩選到1 株高效降解株高效降解 PCBs 的細(xì)的細(xì)菌，命名為菌，命名為 PS-11，此菌株屬于嗜麥芽寡養(yǎng)單胞，此菌株屬于嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌。結(jié)果表明，菌株菌。結(jié)果表明，菌株 PS-11 對對 2mgL-1PCB52 4d的降解率為的降解率為31. 1% ，7d的降解率可達(dá)的降解率可達(dá)52. 9%;；對難降解的高氯聯(lián)苯對難降解的高氯聯(lián)苯 PCB153 7d的降解率為的降解率為10. 9%，在生物修復(fù)多氯聯(lián)苯污染土壤方面具有一定，在生物修復(fù)多氯聯(lián)苯污染土壤方面具有一定的應(yīng)用

10、前景。的應(yīng)用前景。 2.2.好氧菌的共代謝途徑好氧菌的共代謝途徑 I.PCB；II.2，3-二氫二醇二氫二醇PCB；III.2，3-二羥基二羥基PCB；IV.2-羥羥基基-6-氧氧-6-氯苯基氯苯基-2，4-己二烯酸；己二烯酸；VI.氯代苯甲酸；氯代苯甲酸；V.2-羥基羥基-2，4-二烯戊酸二烯戊酸（二）厭氧降解作用（二）厭氧降解作用 厭氧降解則是從高氯取代的同系物中通過催厭氧降解則是從高氯取代的同系物中通過催化還原脫氯，即把高氯代同系物變成低氯代同化還原脫氯，即把高氯代同系物變成低氯代同系物。系物。 通常，大部分降解菌都是只能脫間位和對位通常，大部分降解菌都是只能脫間位和對位的氯，能夠脫鄰位

11、氯的較少的氯，能夠脫鄰位氯的較少。 目前還沒有分離出能夠厭氧脫氯目前還沒有分離出能夠厭氧脫氯PCBs的的單一菌株，也沒有單一菌株，也沒有PCBs脫氯酶的相關(guān)研究脫氯酶的相關(guān)研究被報道，不過某些研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)常作為厭氧微被報道，不過某些研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)常作為厭氧微生物輔酶的維生素生物輔酶的維生素B12可以催化某些可以催化某些PCBs同同類物的脫氯。類物的脫氯。（二）厭氧降解作用（二）厭氧降解作用（三）好氧（三）好氧-厭氧協(xié)同作用厭氧協(xié)同作用 好氧氧化和厭氧還原協(xié)同作用好氧氧化和厭氧還原協(xié)同作用主要是先對主要是先對PCBs污染點(diǎn)進(jìn)行厭氧污染點(diǎn)進(jìn)行厭氧保溫，還原脫氯將高氯保溫，還原脫氯將高氯PCBs轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為

12、低氯取代物，再用好氧降解過為低氯取代物，再用好氧降解過程將低氯程將低氯PCBs氧化。這種聯(lián)合處氧化。這種聯(lián)合處理方法使高氯理方法使高氯PCBs降解速率大大降解速率大大提高，而且是最有希望徹底降解提高，而且是最有希望徹底降解高氯高氯PCBs的生物降解方法。的生物降解方法。 美國美國EPA曾在曾在Gary（美國印地安那州一（美國印地安那州一城市）利用好氧一厭氧聯(lián)合降解方法對一特城市）利用好氧一厭氧聯(lián)合降解方法對一特殊試驗場底泥中的殊試驗場底泥中的PCBs進(jìn)行降解，在加入進(jìn)行降解，在加入采自市政污水處理廠的厭氧污泥后再引入好采自市政污水處理廠的厭氧污泥后再引入好氧降解菌，然后定期翻耕。經(jīng)過氧降解菌，

13、然后定期翻耕。經(jīng)過4-9個月的個月的培養(yǎng)，初始濃度為培養(yǎng)，初始濃度為500mg/kg和和140mg/kg的的PCBs同系物分別降解了同系物分別降解了75%和和25% 。（三）好氧（三）好氧-厭氧協(xié)同作用厭氧協(xié)同作用存存在在問問題題及及展展望望 盡管生物降解盡管生物降解PCBs方法的研究有很方法的研究有很多多,但大多限于實驗室階段，這是由于：但大多限于實驗室階段，這是由于： 許多微生物在實驗室中的降解率很高，許多微生物在實驗室中的降解率很高，但實際應(yīng)用降解率則降低。但實際應(yīng)用降解率則降低。 對對PCBs降解的了解多限于實驗室純降解的了解多限于實驗室純培養(yǎng)的微生物和單一的培養(yǎng)的微生物和單一的PCB

14、s同系物，同系物，但大多數(shù)的微生物是不能被培養(yǎng)出來的，但大多數(shù)的微生物是不能被培養(yǎng)出來的，因此不能確定現(xiàn)在已知的能降解因此不能確定現(xiàn)在已知的能降解PCBs的微生物就是典型的降解菌的微生物就是典型的降解菌 。存在問題及展望存在問題及展望 投放的工程菌往往會因不適應(yīng)環(huán)境而投放的工程菌往往會因不適應(yīng)環(huán)境而數(shù)量減少或被固有菌產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)所抑?jǐn)?shù)量減少或被固有菌產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)所抑制制 。 越來越多的證據(jù)顯示污染物在自然環(huán)境越來越多的證據(jù)顯示污染物在自然環(huán)境中的代謝不像我們所熟知的呈純培養(yǎng)研究中的代謝不像我們所熟知的呈純培養(yǎng)研究的線性關(guān)系，而是經(jīng)由復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)，的線性關(guān)系，而是經(jīng)由復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)包括我們尚未知道的反應(yīng)，代謝這個網(wǎng)絡(luò)包括我們尚未知道的反應(yīng)，代謝物和途徑，若干群落個體之間代謝物質(zhì)的物和途徑，若干群落個體之間代謝物質(zhì)的交換，碳素流的調(diào)節(jié)，環(huán)境中菌群需要的交換，碳素流的調(diào)節(jié)，環(huán)境中菌群