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芳香烃类化合物的微生物降解摘要：近年来，芳香烃类化合物正以惊人的速度被制造出来，不仅带来了严重的环境问题，还威胁到了人类的生存、发展。
目前，人类正在探索如何利用微生物技术更快、更彻底的消除环境中有害的芳香烃类化合物。
本文简要介绍了传统的降解菌株及其降解机理，并着重探讨了生物强化技术，以及基因工程菌在芳香烃类化合物的降解中所达到的显著成果，对未来芳香烃类化合物的微生物降解事业作出了展望。
关键词：芳香烃类化合物微生物降解生物强化基因工程菌一、芳香烃类化合物的来源与危害目前，全球每年大约有百万吨芳香族化合物被制造出来，这些化合物除广泛用于生产塑料聚合物、农药、染料、医药和其它日用品当中外，还广泛应用于冶金、炸药和化工产品的制造中[1]。
这些物质在制造与利用的过程中，其中的有害物质不可避免的泄漏到环境中，导致土壤和水体环境质量下降，危害生态系统安全，从而造成严重的环境污染。
众所周知，芳香烃类化合物是可致癌或有潜在致癌性的物质，由于它毒性强且结构较稳定，所以很难通过降解除去。
传统的处理方法包括物理法和化学法，如活性炭吸附、溶剂萃取、焚烧、深埋等[2]，这些方法不但效率低、成本高而且容易造成二次污染[3],目前为降低环境中芳香烃的含量，世界上采用的最安全有效的方法即微生物技术。
二、常见的降解菌株及其降解机理芳香烃类化合物主要包括：苯、硝基苯、烷基苯、卤代苯、苯胺等[4]。
主要降解微生物有假单胞菌属、反硝化菌属、产甲烷菌属、节细菌属、芽孢杆菌属、无色杆菌属、棒状杆菌属、黄杆菌属、土壤杆菌属、黄单胞杆菌属、微球菌属、气杆菌属、埃希氏杆菌属等，以及一部分放线菌、真菌、藻类[5]。
它们的代谢途径分为好氧代谢和厌氧代谢。
1.芳香烃的好氧降解芳香烃的好氧降解较厌氧降解更容易实现，所以目前发现和研究的大部分微生物都是好氧微生物。
正常条件下培养的好氧微生物可以产出混合功能的双氧化酶或氧化酶，这些酶在分子氧的参与下．使苯环羟基化。
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。
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展多环芳烃（PAHs）是一类具有环状结构的有机化合物，由两个以上的苯环组成。
它们是一种常见的环境污染物，通常由不完全燃烧或化石燃料的利用产生。
由于其具有较高的毒性和持久性，对环境和人体健康造成了严重的威胁。
在土壤中，PAHs的富集会导致土壤生态系统的破坏，影响土壤微生物的生态功能。
寻找一种高效降解PAHs的方法成为当前环境领域的研究热点之一。
微生物降解是一种重要的PAHs处理技术，通过利用土壤中的微生物将PAHs分解成无害的物质，从而减轻其对环境的影响。
随着对土壤微生物多样性和代谢功能的深入研究，越来越多的微生物菌株被发现具有降解PAHs的潜力。
本文将重点介绍微生物降解土壤中PAHs的研究进展，探讨不同微生物降解途径及其在土壤污染修复中的应用前景。
一、土壤中PAHs的来源和环境影响PAHs的主要来源包括不完全燃烧、化石燃料的使用和工业活动等。
这些活动释放的废气和废水中的PAHs会以颗粒物和溶解态的形式进入土壤中，并在土壤中长期富集。
PAHs 对土壤生态系统和人类健康都具有潜在的危害。
PAHs对土壤中微生物的数量和多样性产生负面影响，抑制土壤中微生物呼吸和有机物矿化作用，影响土壤养分循环。
PAHs还对土壤植物生长产生毒害作用，导致植物的生长受限和产量下降。
PAHs还具有潜在的致癌性和毒性，长期接触可能对人类健康造成危害。
降解土壤中PAHs成为了当前环境研究的热点之一。
二、微生物降解PAHs的研究进展1. 降解菌株的筛选与鉴定近年来，研究人员通过土壤微生物的分离培养和鉴定，发现了一大批具有降解PAHs能力的微生物菌株。
这些细菌包括假单胞菌、白念珠菌、枯草芽孢杆菌等，它们能够利用PAHs为唯一碳源进行生长，并在其代谢过程中降解PAHs。
通过分子生物学技术，研究人员对这些菌株进行了基因序列分析，发现它们具有多种降解PAHs的代谢基因，包括环境亲和力蛋白、氧化酶、脱氢酶等。
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展多环芳烃（PAHs）是一类普遍存在于土壤中的有机化合物，由于其毒性和环境持久性，对人类和生态系统造成了严重的威胁。
目前，微生物降解被广泛认为是一种有效且环境友好的降解PAHs的方法。
本文将对微生物降解土壤中PAHs的研究进展进行综述。
微生物降解PAHs是一种涉及微生物代谢和转化的生物降解过程。
这些PAHs降解菌主要是革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌，如丁酸杆菌属、桿菌屬、水維生菌屬等。
这些菌利用PAHs作为其碳源和能量来源，通过酶的作用将PAHs降解为较简单的化合物，最终转化为CO2和H2O。
微生物降解PAHs的途径主要包括氧化降解和还原降解两种。
氧化降解是指微生物利用氧气作为电子受体，将PAHs氧化为较低毒性和较易降解的化合物。
这一过程涉及多种酶的参与，其中包括氧化酶、去氢酶、羟化酶等。
氧化降解过程中产生的一些中间产物具有相对较高的毒性，因此在更高级的微生物群落中会被进一步降解。
近年来，随着分子生物学和基因工程技术的进步，研究人员通过分离和鉴定PAHs降解菌的基因，成功构建了一些功能性基因组和表达系统。
这些研究为进一步开发高效降解PAHs的微生物菌株和生物修复技术提供了重要的理论基础和实验依据。
微生物降解PAHs的应用仍然面临一些挑战和限制。
PAHs的降解速率较慢，降解过程中产生的中间产物有时仍具有一定的毒性，可能对环境产生负面影响。
PAHs降解菌的筛选和培养过程较为困难，特定条件和营养物质的要求限制了其在实际应用中的使用。
PAHs的污染程度和土壤环境因素也会影响微生物降解的效果。
微生物降解是一种有效且可持续的降解PAHs的方法，但仍需要进一步的研究和改进。
未来的研究方向包括：寻找更多的高效PAHs降解菌株、研究降解菌的降解途径和酶活性，以及开发新的生物修复技术等。
通过不断深入的研究，将有助于提高降解效率，降低环境风险，并为土壤污染的治理提供有力的支持。
微生物对芳香烃的降解作用
牟伯中;倪方天
【期刊名称】《环境与开发》
【年(卷),期】2000(015)004
【摘要】综述了微生物对芳香烃的降解作用，重点论述了在有氧和厌氧条件下，微生物对芳香烃的降解途径、作用机理及降解动力学；分析了微生物技术在环境治理中的应用前景。
【总页数】3页(P1-2,18)
【作者】牟伯中;倪方天
【作者单位】青岛海洋大学化学化工学院,山东青岛;青岛海洋大学化学化工学院,山东青岛
【正文语种】中文
【中图分类】X172
【相关文献】
1.南极海洋芳香烃低温降解微生物的拉曼光谱分析 [J], 王以斌;缪锦来;何碧娟;梁强;刘芳明;郑洲
2.芳香烃类化合物的微生物降解 [J], 蔡晓琳
3.采用微生物-生物技术途径降解芳香烃化合物 [J], 柯为
4.微生物降解石油源多环芳香烃的研究进展 [J], 申国兰;李利;陈莎
5.我国微生物降解芳香烃技术有突破 [J], 无
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环境微生物对环境污染物的降解作用在地球上生存的生物体都需要呼吸，摄取食物，排出代谢产物等基本生物学生命功能，这些过程不可避免地会导致环境污染。
随着人类社会的飞速发展，环境污染所带来的影响愈加凸显。
为了减少环境污染对人类社会的影响，人们开始关注环境微生物对环境污染物的降解作用。
环境微生物是指生活在各种自然环境中的微生物，包括细菌、真菌、藻类等。
它们是安全、经济、高效的环境修复工具，被广泛应用于各种环保领域。
环境微生物通过其代谢活动将有毒污染物转化为无害物质或低毒物质，可以对各种环境污染物起到很好的解毒效果。
污染物种类繁多，环境微生物降解的污染物也异常广泛。
其中具有代表性的有：石油和石油衍生物、氯氟化合物、农药、有机化合物等。
下面列举几种环境微生物降解污染物的案例。
石油和石油衍生物是一类有机化合物，其主要成分是碳氢化合物，包括石油、柴油、沥青等。
石油污染对人类和自然环境都会带来极大的危害。
但是石油降解菌可以消耗石油中的有机化合物，将其转化为无害物质。
在石油泄漏事件中，通过使用石油降解菌可以对石油污染水域进行有效的修复。
氯氟化合物是一类有机污染物，其代表性物质包括氯苯、氯乙烯、四氯化碳等。
这些有机污染物具有强烈的毒性，不仅对人体造成危害，还对地球大气层产生巨大的破坏作用。
研究发现，某些细菌和真菌可以降解氯氟化合物，将其转化为无害物质。
农药是一种广泛应用于农业生产中的化学物质，其主要作用是保护农作物免受害虫侵害。
由于这些农药在使用过程中经常越过作物界限进入土壤和水源，引起了严重的环境问题。
通过使用一些细菌和真菌可以有效地分解这些污染物，减少其对环境和人健康的影响。
有机化合物是一类物质，其化学结构中含有碳-氢键。
其中一些有机化合物像甲烷、醋酸乙烯酯等是非常常见的污染物。
这些污染物在大量排放时对环境造成重大危害。
研究人员发现，某些细菌和真菌可以分解这些污染物，将其转化为无害物质。
总之，环境微生物对环境污染物的降解是一种非常神奇的现象。
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展微生物降解是一种利用微生物降解有机物质的方法，已经在环境治理领域得到了广泛的应用。
多环芳烃是一类常见的环境污染物，对环境和人类健康都具有严重的危害。
在土壤中多环芳烃的污染治理中，利用微生物降解的方法已经成为一种重要的手段。
本文将探讨微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展，对其机制和应用前景进行探讨。
一、多环芳烃的来源和危害多环芳烃是一类由苯环组成的芳香烃类化合物，是石油和煤炭的燃烧产物，也是许多工业过程中产生的副产物。
多环芳烃具有很强的毒性和生物积累性，对生物体有很强的毒害作用，且对水生生物和陆生生物均有害。
长期接触或摄入多环芳烃会导致人体免疫系统异常、肿瘤生成和遗传变异等严重疾病。
土壤中多环芳烃的污染主要来源于工业生产、交通运输和废弃物处理等过程。
由于多环芳烃的化学性质稳定，传统的物理和化学方法难以完全去除土壤中的多环芳烃污染物，而且往往需要耗费巨大的成本。
开发一种高效、经济、环保的处理方法对于土壤中多环芳烃的污染具有重要的意义。
二、微生物降解的优势及研究进展微生物降解是一种通过微生物代谢活动将有机物质降解为无害产物的方法。
在多环芳烃的降解中，微生物降解具有以下几个优势：微生物降解是一种自然的降解过程，不会产生二次污染；微生物具有种类多样、适应性强等特点，具有较高的降解效率和速度；微生物降解的成本相对较低，适用于大面积土壤的治理。
目前，国内外对于微生物降解多环芳烃的研究已取得了一系列突破性进展。
研究表明，多种细菌、真菌和藻类生物都能够降解多环芳烃，其中具有很高降解能力的细菌有白色腐蚀细菌、铬还原菌等；真菌中主要有白色腐霉属、青霉菌等；藻类中以蓝绿藻属和绿藻属为代表。
这些微生物能够通过其代谢活动分解多环芳烃，降低其在土壤中的浓度。
一些研究还发现，通过改良和优化微生物降解体系，如筛选菌株、改良培养基、添加促进剂等，均能够提高多环芳烃的降解效率。
这些研究成果为微生物降解多环芳烃的应用提供了重要的理论基础。
芳香烃类化合物的微生物降解摘要：近年来，芳香烃类化合物正以惊人的速度被制造出来，不仅带来了严重的环境问题，还威胁到了人类的生存、发展。
目前，人类正在探索如何利用微生物技术更快、更彻底的消除环境中有害的芳香烃类化合物。
本文简要介绍了传统的降解菌株及其降解机理，并着重探讨了生物强化技术，以及基因工程菌在芳香烃类化合物的降解中所达到的显著成果，对未来芳香烃类化合物的微生物降解事业作出了展望。
关键词：芳香烃类化合物微生物降解生物强化基因工程菌一、芳香烃类化合物的来源与危害目前，全球每年大约有百万吨芳香族化合物被制造出来，这些化合物除广泛用于生产塑料聚合物、农药、染料、医药和其它日用品当中外，还广泛应用于冶金、炸药和化工产品的制造中[1]。
这些物质在制造与利用的过程中，其中的有害物质不可避免的泄漏到环境中，导致土壤和水体环境质量下降，危害生态系统安全，从而造成严重的环境污染。
众所周知，芳香烃类化合物是可致癌或有潜在致癌性的物质，由于它毒性强且结构较稳定，所以很难通过降解除去。
传统的处理方法包括物理法和化学法，如活性炭吸附、溶剂萃取、焚烧、深埋等[2]，这些方法不但效率低、成本高而且容易造成二次污染[3],目前为降低环境中芳香烃的含量，世界上采用的最安全有效的方法即微生物技术。
二、常见的降解菌株及其降解机理芳香烃类化合物主要包括：苯、硝基苯、烷基苯、卤代苯、苯胺等[4]。
主要降解微生物有假单胞菌属、反硝化菌属、产甲烷菌属、节细菌属、芽孢杆菌属、无色杆菌属、棒状杆菌属、黄杆菌属、土壤杆菌属、黄单胞杆菌属、微球菌属、气杆菌属、埃希氏杆菌属等，以及一部分放线菌、真菌、藻类[5]。
它们的代谢途径分为好氧代谢和厌氧代谢。
1.芳香烃的好氧降解芳香烃的好氧降解较厌氧降解更容易实现，所以目前发现和研究的大部分微生物都是好氧微生物。
正常条件下培养的好氧微生物可以产出混合功能的双氧化酶或氧化酶，这些酶在分子氧的参与下．使苯环羟基化。
微生物降解芳香烃的研究现状和进展【摘要】：综述了芳香烃的生物降解途径，作用机理，主要酶及特性，讨论了几种降解芳香烃的重要微生物，并析了微生物降解在环境工程中的应用前景。
【关键词】：微生物；芳香烃；降解芳香烃是指分子结构中含有苯环的化合物。
目前，芳香烃正以每年百万吨的数量被制造出来，单环芳香族化合物普遍用做工业溶剂，多环芳香化合物作为合成复杂化合物的中间体被应用于染料、冶金、杀虫剂和制药工业中。
其分子结构稳定,水溶性低，废弃后在自然环境中难被降解，且对生物体有致癌、致畸、致突变作用，对环境保护和人类健康过程极大的威胁。
传统方法深埋、焚烧等都不适合这类毒性化合物的处理，因为深埋会造成土壤、地下水的污染，而焚烧会加大毒性的污染。
采用微生物技术治理、清除或降解转化这些高毒性芳烃化合物由于投资少、占地小、不需特殊设备、安全有效而成为很有前途的治理此环境污染的方法。
文章中论述了各种芳香族化合物的生物降解途径，作用机理，主要酶及特性，几种降解芳香烃的重要微生物的研究现状和进展。
1. 微生物对芳香烃的降解途径微生物对芳香烃的降解因作用环境分为有氧降解和厌氧降解。
有氧降解以分子氧作为最终电子受体，而厌氧降解以除氧以外的物质如硝酸盐、硫酸盐、二氧化碳或铁(Ⅲ)等作为最终电子受体。
1.1 芳香烃的有氧降解常规培养的好氧微生物能产生混合功能的氧化酶或双氧化酶，苯环化合物首先在氧分子和酶的作用下形成邻苯二酚或其衍生物的共同代谢中间体，然后再进一步经过氧分子及开环酶的作用形成直链的分子，最后再进入TCA循环。
Claude-henri等对土壤中石油烃的降解实验发现芳烃组分发生了很大程度的降解，由最初的570μg/g降到270d后的165μg/g，GC分析表明，所有GC可检测到的芳烃均有降解,尽管降解速率因化学结构的不同而不同。
1.2 芳香烃的厌氧降解厌氧降解是指在无氧的情况下，一些兼性厌氧微生物利用除氧以外的物质作为电子受体，以有机物为电子供体，进行降解作用获得化学能量。
微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展自工业化以来，大量的化石燃料和石油化学产品的生产使用导致土壤中存在大量的多环芳烃（PAHs），这些物质对人类和生态环境都造成危害。
因此，寻找一种有效的方法来减少PAHs对生态环境的影响变得越来越重要。
微生物降解是一种曾经被广泛研究和已经成功应用于治理土壤污染的方法。
本文将介绍几种常见的微生物降解PAHs的方法和相关的研究进展。
1. 微生物降解PAHs的种类目前已经发现有许多种微生物能够降解PAHs，而且在这些微生物中主要以细菌为主。
根据微生物降解PAHs的能力，可以将这些微生物大致分为两类：一类是有些生物能够降解一部分PAHs，另一类生物能够降解大多数PAHs。
目前已经报道有一些细菌可以降解PAHs中的少数几种，比如Pseudomonas putida可以降解萘和菲，Streptomyces griseus ATCC12891可以降解苯并芘和苯并[a]芘。
一些细菌已经被研究证明可以降解PAHs中的大多数种类。
比如Sphingomonas paucimobilis EPA505可以降解13种PAHs，Mycoavidus cysteinexigens SC1可以降解16种PAHs，Sphingomonas sp. LB126可以降解18种PAHs，这些微生物的发现为PAHs的生物降解提供了重要的实验基础。
随着环境污染的日益严重，微生物技术在生态系统治理方面被广泛探索。
微生物降解可以在不使用任何化学物质或处理剂的情况下，将PAHs转化为水和二氧化碳，实现土壤的净化。
因此，微生物技术被广泛应用于处理PAHs的土壤污染，例如在煤气化和石油化工行业的污染区，使用微生物技术将PAHs分解成无毒的状态，从而恢复土壤的可持续利用。
尽管微生物降解PAHs被证明是一个有效的治理土壤污染的方法，但微生物降解的成功需要考虑多个因素。
首先，微生物降解的适用范围并不广泛，某种细菌能够降解一种成分并不能说明它可以降解其它成分。
1998年11月ENVIRONM ENTA L SCIENCEN o v.,1998专论与综述微生物降解硝基芳香烃及其在环境保护中的应用尹 萍 杨彦希(中国科学院微生物研究所 北京100080E -m ail:zbc-b pf @)摘要 综述降解硝基芳香烃的微生物类群、代谢途径、遗传操作及其在环境保护中的应用等方面的研究概况.关键词 硝基芳香烃,降解,微生物.* 尹萍:女,52岁,现在中国科学院计划财务局工作收稿日期:1998-07-03Degradation of Nitroaromatic C ompounds by Microorganismsand Their Application to Environment ProtectionYin Ping Yang Yanxi(Ins titu te of M icr ob iology ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100080E -mail :zbc -bpf @mail .cash q .ac .cn )Abstract General s itu ation of resear ch on degradation of nitroaromatic com pounds by microorgan isms w as review ed in four as -pects in clu ding the kinds of microorganism s degrading nitroaromatic compoun ds ,degradative pathw ays ,gen etic manipulation an d their application to environment protection in this p aper.Keywords nitroaromatic,com pounds ,degradation,m icroorganisms. 硝基芳香烃如硝基苯、硝基酚、硝基甲苯、硝基苯甲酸盐及多硝基芳香类等,是工业上的一类重要硝化合物,广泛应用于生产农药、染料、炸药、医药、多聚体及其他化工产品.随着这些产品的制造和使用,硝基芳香烃也多途径地进入环境中,污染环境.由于其对生物和人体具有高毒性,且比芳香烃更难生物降解,因此,对其在环境中的残留和积累,以及如何减轻和消除这类化合物对环境的污染,日益引起人们的关注.然而自然界中存在的微生物,种类繁多、适应性强、具有分解多种多样人工合成的有机物的功能.对于减少污染净化环境具有很大的潜力.关于微生物降解硝基芳香烃的研究,近年来已逐渐引起人们的兴趣,已有不少报道,并已取得一些进展.1 降解硝基芳香烃的新微生物资源从不完全的国外资料看,70年代以来已报道了18个属的几十株细菌能降解(包括完全矿化和不完全降解或称生物转化)硝基芳香烃,归纳列于表1.在国内笔者等曾在T N T 污染的土壤中分离筛选到6个属包括:芽孢杆菌属(Bacillus )、假单胞菌属、柠檬酸杆菌属(Citr obacter )、肠杆菌属(Enter obacter )、克氏杆菌属(K lebsiella )和埃希式菌属共47株细菌能转化T N T [29].并对其中一株柠檬酸细菌的T N T 降解酶的性质进行了研究[30].放线菌方面国外报道诺卡氏菌属(N ocar dia )的几个种能降解硝基酚[24]和硝基苯甲酸[31],以及链霉菌属(S tr ep tomy ces )的16株菌能转化T N T [32].近年来陆续发现了降解硝基芳香烃的丝状真菌和酵母菌.如降解木质素的Phaner ochaete chry sosp o -rium 能降解DN T [33]和T N T [34].笔者等从T N T 污染的土壤中分离到13株酵母,分别属汉逊酵母属(H ansenula )和假丝酵母属(Canida )及4株白地霉(Geotr ichum candidum )能降解T N T [35].Hofr ichter 1993年报道青霉菌属菌株(P eni -cillium sp.)Bi 7/2能降解3种硝基苯酚[36].笔者等分离的一株高效脱酚菌麦芽糖假丝酵母(Candida mal -tos a )能降解5种硝基酚[37].最近国外报道一些更复杂的取代硝基芳香烃也能被微生物降解,如Drzy zg a 报道分离到3株硫酸盐还原菌能降解硝基二苯胺[38].Hammill 报道一株双酶梭菌(Clostridium bif er mentans )能降解除草剂Dino seb (2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚)[39].总之,自然界中能降解硝基芳香烃的微生物资源正在不断被发现,这不仅为研究其代谢途径及遗传调控等基础理论提供了丰富的菌种,而且这些微生物资源也可能应用于生物治理硝基芳香烃的污染,对净化环境起到一定的作用.表1 降解硝基芳香烃的细菌(国外不完全资料)1)细菌属名降解底物假单胞菌属菌株(Pseudomonas spp.)硝基酚类[1—4](4-NP,2-N P,3-NP,2,6-DNP)硝基苯[5],硝基甲苯类[6—14](2-NT,4-NT,2,4-DNT,2,6-DNT,T NT,4-NBA)摩氏杆菌属菌株(M orax ella s p.)4-NP[15]螺旋盐杆菌属菌株(Sp orohalobacter s p.)硝基酚类(2-NP,3-NP,4-NP, 2,4-DNP)[16]红球菌属菌株(R hod ococcus s pp.)2,4-DNP[18],2,4,6-TN P[17], 1,3-二硝基苯[19]红细菌属菌株(R hod obacter s p.)硝基酚类[20](2-NP,4-NP,2,4-DNP)产碱杆菌属菌株(A lcalig enes sp.)2,6-DNP[21]丛毛单胞菌属菌株(Comamonas s pp.)4-NBA[22],硝基苯[23]节杆菌属菌株(A rthrobacte r sp.)4-NP[24]韦荣氏球菌属菌株(V eillonella s p.)TNT[8]埃希氏菌属菌株(E sc herich ia s p.)TNT及有关化合物,4-NBA[8]分枝杆菌属菌株(My cobac terium s pp.)TNT[25,26]脱硫弧菌属菌株(Desulf ovibr io spp.)硝基酚类[28](3-NP,4-NP,2,4-DNP),硝基甲苯类[27](2,4-DNT,2,6-DNT,T NT,4-NBA)脱硫球菌属菌株(Desulf ococcu sp.)4-NP[28]梭菌属菌株(Clostr idium sp.)硝基酚类(3-NP,4-NP,2,4-DNP)[28],TNT及有关化合物[8],4-NBA[28]甲烷杆菌属菌株(M ethanobacter ium sp.)甲烷八叠球菌属菌株(M ethanosarcina s p.)硝基酚类[28](3-NP,4-NP,2,4-DNP)产甲烷菌属菌株(M ethanog enium sp.)4-NBA,4-硝基苯胺)甲烷螺菌属菌株(M ethanosp irillum s p.) 1)NT(硝基甲苯),DNT(二硝基甲苯),T NT(2,4,6-三硝基甲苯),NP(硝基酚),DNP(二硝基酚),T NP(2,4,6-三硝基酚),NBA(硝基苯甲酸盐)2 代谢途径为了说明硝基芳香烃在污染环境中或生物治理系统中被微生物降解的去毒机理,已有众多的研究者采用不同的微生物研究其对多种不同硝基芳香烃的代谢途径.其主要环节是苯环上硝基的变化及苯环能否裂解.2.1 氧化分解代谢途径(1)由单或双加氧酶作用脱除苯环上的硝基,形成相应的多元酚,进一步由加氧酶作用开环降解,脱除的硝基形成亚硝基盐,被微生物利用作为氮源.如丛毛单胞菌菌株JS765降解硝基苯[23]. 其它如一株摩氏杆菌[40]、节杆菌T W17和诺卡氏菌T W12[24]降解对硝基苯酚,一株恶臭假单胞菌降解邻硝基酚[2],假单胞菌菌株JS42降解2-硝基甲苯[11],假单胞菌D NT降解2,4-二硝基甲苯[9,41]以及产碱杆菌JM P134降解2,6-二硝基酚[21]等也都属此类型氧化脱硝基降解途径.(2)加氧酶作用于苯环形成硝基邻苯二酚,进一步开环降解.如Haig ler报道先用含甲苯的培养基培养恶臭假单胞菌菌株诱导产生甲苯2,3-双加氧酶,再用硝基苯培养,硝基苯被转化成3-或4-硝基邻苯二酚进一步开环降解[42],但未鉴定其开环后的产物.2.2 由硝基还原开始的代谢途径 (1)苯环上的硝基经硝基还原酶作用还原成羟氨基,随后由羟氨基裂解酶作用水解脱氨基,形成相应的二羟基芳香化合物开环降解,丛毛单胞菌N BA-10降解4-硝基苯酸盐[22]以及假单胞菌菌株4N T降解4-硝基甲苯[10]和4-硝基苯酸盐经这一途径.(2)苯环上硝基经还原酶作用,经亚硝基、羟氨基还原成氨基生成芳香胺.芳香胺在有氧条件下,由苯胺加氧酶作用脱氨基,生成相应的二羟基芳香化合物,开环降解.恶臭假单胞菌B2降解3-硝基酚[2]和诺卡氏菌降解硝基苯甲酸盐都可能经此途径[43]. 另外芳香胺也可直接氧化开环后,释放氨基. N ishino报道一株假单胞菌降解硝基苯经此途径[5]. (3)在缺氧条件下厌氧菌还原苯环上的硝基成氨基,生成芳香胺再厌氧脱氨,脱下的氨基被微生物利用作为生长氮源,剩下的芳香烃如苯、酚、甲苯等在缺氧条件下厌氧菌不能开环降解.如Bo opathy报道脱硫弧菌B利用2,4-二硝基酚,2,4-二硝基甲苯及T N T等为唯一氮源生长[27,44].G or ontzy报道多种厌氧菌利用多种硝基酚、4-硝基苯酸盐、4-硝基苯胺等为生长氮源[28],经这一代谢途径.剩下的芳烃可能由自然环境中80环 境 科 学19卷共存的其它微生物进一步开环降解.(4)芳香环上的硝基还原成氨基后经乙酰化作用生成乙酰胺.最近报道一株铜绿假单胞菌可还原2,4-二硝基甲苯成2-氨基-4-硝基甲苯,2-硝基-4-氨基甲苯和2,4-二氨基甲苯.这些氨基都可能乙酰化生成多种硝基-或氨基-乙酰胺甲苯[14].另一株荧光假单胞菌还原T NT成2,4-二氨基-6-硝基甲苯后,4位上氨基乙酰化转化成4-N-乙酰胺-2-氨基-6-硝基甲苯[13],目前还没有这一新代谢产物进一步开环降解的报道.但转化后毒性降低[13],因此这种转化对环境中T NT解毒仍是有益的. (5)苯环上硝基还原成氨基后不再降解,有些微生物即使在有氧条件下,也只使硝基还原,而不能继续使苯环开环降解.如Schackmann报道了几株假单胞菌对硝基酚、4-硝基苯甲酸盐、3-氯代硝基苯等的代谢[4].有些多硝基芳香烃如T N T,可能一个、二个或三个硝基还原成氨基形成多种氨基-硝基-甲苯,而且在生物转化过程中还可能发生缩合反应,形成更难生物降解的多种二硝基氧化偶氮甲苯,如4,4’-二硝基-2,6’-氧化偶氮甲苯[46],增加了治理这类污染物的难度.以前很多关于细菌降解T NT的报道大都是硝基还原途径,不能完全矿化[8].但最近有报道T N T经硝基还原成氨基后毒性降低[45,47].2.3 苯环上直接加氢脱硝基代谢途径L enke等1992年报道,红球菌HL24-2降解2,4-二硝基酚[18]及其突变株HL PM-1降解2,4,6-三硝基苯酚[17]提出了这一新的代谢途径.三硝基酚首先在苯环上加氢形成hydr ide-M eisenheimer络合物中间产物,该中间产物可以脱硝基形成亚硝酸盐和2,4-二硝基酚,也可能转化成2,4,6-三硝基环己酮,在酸性条件下水解最后形成1,3,5-三硝基戊烷.转化的不同途径依赖于条件.以后又报道分枝杆菌HL4N-1降解T N T 也出现此种中间产物[25].2.4 真菌降解硝基芳香烃的代谢途径目前真菌降解硝基芳香烃的报道很少,但白腐菌中的P hanerochaete chry sosp or icum能完全矿化2,4-二硝基甲苯的代谢途径已有报道.2,4-二硝基甲苯首先被还原成2-硝基-4-氨基甲苯,再经一系列的还原作用、甲基化作用及依赖于木质素和依赖于锰的过氧化物酶的催化作用,最后生成1,2,4-三羟基苯,开环降解[33],该菌也能完全矿化T N T[34].3 微生物降解硝基芳香烃的遗传学研究微生物降解有机污染物的分子遗传学研究,及应用遗传工程技术组构工程菌处理一些难以生物降解的有机污染物是当今生物技术应用于环境治理的研究热点之一.70年代以来在降解芳香烃、氯代芳烃以及某些农药方面已有相当多的报道.近年来关于降解硝基芳香烃的遗传学研究国外也在进行,如Suen在研究假单胞菌DN T菌株降解二硝基甲苯的氧化代谢途径的基础上,对其中三个加氧酶(二硝基甲苯双加氧酶、4-甲基-5-硝基邻苯二酚单加氧酶和2,4,5-三羟基甲苯加氧酶)的基因进行了基因克隆,并分析了这些基因的遗传结构,发现分别在3个不同的操纵子上.将含有这些基因的DN A片段作为探针,用以检测相似代谢途径中的同源基因[41]过去报道的细菌降解T N T,大都未能证明其完全矿化,Duque等1993年报道用遗传学技术组构了一株能完全矿化T N T的重组菌,他们分离到一株假单胞菌CISI能氧化脱除T N T苯环上的3个硝基并利用其作为氮源生长,但不能降解甲苯,利用其作为碳源,他们将恶臭假单胞菌的T OL质粒(降解甲苯)转移至CISI 的驯化菌株A中,获得的转移接合子具有脱除硝基和降解甲苯的双重功能,能利用T N T作为碳、氮源,使其完全矿化[48].这一进展说明利用生物技术组建工程菌来降解这类难降解的硝基芳香烃污染物成为可能,这方面的研究必将进一步发展.4 在环境保护中的应用关于硝基芳香烃在现场(包括土壤、废水、污泥及处理反应器中)的生物降解已有许多研究,结果表明硝基酚和2,4-二硝基酚降解较快,但要达到完全去除,也必须增加降解这些污染物的微生物群体,如采取延长驯化期,提高驯化的底物浓度或增加营养物等方法,但多硝基甲苯、硝基苯甲酸盐等特别是炸药T N T及一些硝基芳香烃除草剂则较难在环境中自净,必须采取治理措施.4.1 生物法治理含硝基芳香烃的工业废水含T NT的工业废水毒性高,被认为是一类难以治理的工业废水,70年代国内外都采用物理、化学方法如活性碳吸附等处理,存在成本高和二次污染等问题,用活性污泥法难以达到治理效果.笔者等利用筛选的转化T N T的高效微生物接种挂膜,采用兼性厌氧-好氧二步生化处理工艺,处理含T N T-DN N(二硝基萘)混合废水,使T N T由50mg/L降低至0.5mg/L,二硝基萘由5mg/L降至检测不到,出水中各项指标都达到国家排放标准,已在有关军工厂投产运行多年,取得良好的社会效益和环境效益[49],随后又利用筛选的降解黑816期 环 境 科 学 索金(RDX)和T NT两种炸药的棒状杆菌属菌株[50],采用同样的二步生物法工艺,处理含T N T-RDX的混合炸药废水经现场实验也取得成功,且处理后的出水都经过养鱼试验,证明毒性大大降低[51],为治理这两类混合的多硝基炸药,提供了新的途径.国外最近研究用能降解T N T的Phaner ochaete chry s osp or ium菌的培养液或提取液使含T N T的“红水”矿化,或用该菌在固定膜反应器中整治含T NT的地下水[52].Beunink报道将厌氧肠杆菌和好氧的产碱杆菌共固定在藻酸钙球中,形成还原氧化偶联的共固定培养系统降解4-氯-2-硝基酚[53].4.2 生物整治硝基芳香烃污染的土壤国外的研究集中在硝基炸药(T N T、R DX等)及除草剂dinoseb污染土壤的生物整治.(1)厌氧生物整治,如Car wfo rd等的研究已由实验室进入到现场规模,达40—50m3土壤.方法是将土壤与含淀粉质的废水混合以加速微生物的生长,并形成厌氧条件,使除草剂dino seb在2—3周内被微生物降解成无毒的产物如醋酸[54,55].这一系统也可用于生物整治硝基炸药污染的土壤.(2)采用堆肥系统生物整治T N T污染的土壤.这种污染主要在军火厂附近.80年代以来国外研究用堆肥方法处置,发现虽然在土壤中T N T浓度降低,但转化成氨基硝基甲苯后可能结合在不溶的腐黑物质和腐殖酸中,生态毒性仍可能存在[56].最近Br eitung采用2种堆肥系统比较生物整治T N T的效果,第一个系统为始终通氧,第二个系统先厌氧65d后再通氧,结果表明第一个系统中T N T浓度下降迅速,3.5kg含T NT浓度为20g/kg的土壤,T N T去除可达92%,但最后仍有部分残留;第二个系统中厌氧阶段,T N T转化成氨基二硝基甲苯,在随后的好氧系统中全部消失,且经生态毒性学实验证明残留的毒性较第一系统低,认为从试验资料可以设计出微生物降解T N T的系统,有效地对污染的土壤进行生物整治[45].从现有资料看,在生物整治硝基芳香烃污染的土壤方面,都是采用增加营养和改善环境条件的方法,使土壤和堆肥材料中原有的微生物发挥作用,处理的时间较长,需要数十天至百余天.如果能投加一些降解这类污染物的高效微生物,不仅可增加其中的微生物数量,而且能提高其降解功能,有可能提高处理效率,缩短处理时间.综上所述,降解硝基芳香烃的微生物类群比较广泛,对消除和减轻这类物质对环境的污染具有一定的应用潜力.其代谢途径的多样性,也将促进这一领域的生物化学和遗传学方面的研究.并取得更大的进展.致谢 本文得到本单位杨惠芳、周培瑾、王敖全等研究员的帮助和提出修改意见,特此致谢.参考文献1 M un necke D M,Hsieh D P H.M icrobial decontamination of parathion and p-n itroph enol in aqueous media.Appl.M icrobiol.,1974,28(2):212—2172 Zeyer J,Kearney P C.Degradation of o-nitroph enol an d m-nitroph enol by a P seudomonas putid a.J.Agric.Food Chem.,1984,32(2):238—2423 Bruhn C,Ienk e H,Kn ackmus s H-J.Nitr o-s ubs tituted aro-matic compounds as nitrogen source for bacter ia.Appl.Environ.M icrobiol.,1987,53(1):208—2104 S ch ackmann A,M u ller R.Reduction of nitroaromatic comp ou nds by differ ent P se udomonas sp ecie s u nder aero-bic contitions.Appl.M icrobiol.Biotechonl.,1991,34(6): 809—8135 Nis hino S F,Spain J C.Deg radation of nitrobenzene by a p seudomonas p seudoalcalig 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