1 降解菌的篩選

二噁英是高度抗微生物降解的物質(zhì), 自然界中僅有5%的微生物菌株能分解TCDD, 必須使用合適的途徑篩選能夠降解二噁英的微生物。研究中,大多數(shù)從產(chǎn)生二噁英的化工廠車間附近或受污染的土壤及水體底泥中分離、篩選降解菌, 細(xì)菌篩選一般用無(wú)機(jī)鹽瓊脂培養(yǎng)基, 其中加入二噁英作為惟一的碳源, 供微生物生長(zhǎng)。選擇合適的溫度, 培養(yǎng)24～72h, 直到長(zhǎng)出菌落, 挑選生長(zhǎng)良好的優(yōu)勢(shì)菌落, 觀察記錄菌落形態(tài), 保存菌株并鑒定, 此菌株則為能夠降解二噁英的菌株。

降解試驗(yàn)一般用無(wú)機(jī)鹽液體培養(yǎng)基, 培養(yǎng)基中加二噁英作為惟一碳源, 接種分離的降解菌, 選擇不同溫度、不同pH 值、不同二噁英濃度等條件下培養(yǎng)。分別用分光光度計(jì)和顯微鏡觀察其生長(zhǎng)狀況, 測(cè)定培養(yǎng)后培養(yǎng)液中二噁英的含量, 計(jì)算降解率, 選
出降解能力最強(qiáng)的菌株進(jìn)行污水和土壤的處理, 以凈化環(huán)境。

2　目前篩選出的主要菌株

國(guó)內(nèi)外對(duì)二噁英降解進(jìn)行了廣泛的研究, 已篩選出了許多能夠降解二噁英的細(xì)菌。Klecka (1980)報(bào)道, 拜葉林克氏菌屬可以將 22 CDD 降解為初級(jí)代謝產(chǎn)物二氫二酚(cis2 dihydrodio ls)。杜秀英等從多氯代二苯并2對(duì)2二噁英(PCDD s)污染的土壤和含氧沉積物中分離篩選出8 株降解PCDD s的菌株, 均能以一氯代和二氯代二噁英為單一碳源和能源生長(zhǎng)并使其降解, 多數(shù)幾乎不能降解三氯代二噁英。W ilkes 對(duì)有礦化作用的細(xì)菌sp h ing om onas sp. RW l菌種進(jìn)行研究, 發(fā)現(xiàn)它能降解幾種一氯代和二氯代二噁英, 但不能降解多氯代二噁英。

二噁英中有關(guān) PCB s 的微生物降解研究較多,篩選出的細(xì)菌也多, 如無(wú)色桿菌 (A ch rom obactersp. )、不動(dòng)桿菌(A cinetobactersp. )、產(chǎn)堿桿菌(Al2caligenessp. )、糞產(chǎn)堿菌(A lca l ig enes f aeca l is)、節(jié)桿菌 (Arthrobactersp. )、棒桿菌 (Cory nebacteriumsp. )、Pleurotusostreatus、真養(yǎng)產(chǎn)堿菌 (Alcaligeneseuatrophus )、白腐菌 (Whitefungi )、Rhod ococcusg loberulus、Sphingomonaspaucimobil is、和假單胞菌屬 (Pseudomonassp. ) 的多種菌株等。

某些真菌可有效降解二噁英, 例如燕麥鐮孢菌[Fusariumavenaceun (Corda, Fries) Saccardo, 菌株65]、隔孢伏茸菌[Peniophora, 菌株 267], 及其與金孢展齒革菌(Phanerochaete Chrysosporium,PC) 的融合體PC×65、PC×267 和PC, 在30d 內(nèi)對(duì)2, 72二氯聯(lián)苯2p2二噁英的降解比分別為 82.9%、75.2%、99.1%、87.5%和67.5%。Ohakawa 等用篩選的3株真菌菌株(563、Vl 和V2) 和兩種腐木真菌[ P.chrysosporium 和采絨革蓋菌(CoriolusVersicolor)]降解 2, 4, 82三氯氧芴, 其降解率達(dá)到19%～ 75.9%。Takada 等報(bào)道了利用白枯真菌菌株(PhanerochaetesordidaYK2624) 在穩(wěn)定的低氮介質(zhì)中, 降解了10 種 PCDD s 和 PCDF s 的混合物, 降解率約為 40% (四氯代二噁英)到 76% (六氯代二噁英) , 四氯代及八氯代二噁英的降解產(chǎn)物分別為4, 52二氯鄰苯二酚和四氯鄰苯二酚。土壤中的白枯真菌如顯金孢子菌屬 (phanerochaetechrysospor2ium 能將PCDD s礦化。

3　降解機(jī)理研究

不同的二噁英類的化合物, 有不同的降解微生物, 其降解的機(jī)理不同, 降解產(chǎn)生的中間產(chǎn)物不同,終產(chǎn)物不同。

3. 1　氧化作用

Haigler(1988) 報(bào)道 Pseudomonassp. 能夠以o-CDB為單一碳源和能源生長(zhǎng), o-CDB首先通過(guò)雙氧化作用形成鄰2二氯代二氫二酚化合物(o-dichlo-rinateddihydrodils) , 然后通過(guò)單氧化作用形成 3,42二氯代兒茶酚(3, 42 dichlocatecho1s) , 后者可作為苯環(huán)裂解酶的基質(zhì)。

3. 2　脫氯作用

PCBs 的毒性與所含氯的多少密切相關(guān), 一般含氯越多毒性越大, 微生物降解PCBs時(shí)涉及脫氯和開環(huán)兩個(gè)方面。不同的微生物有不同的脫氯方式,既有鄰位2脫氯和對(duì)位2脫氯, 也有間位2脫氯,Van2Dort等首次報(bào)道厭氧微生物的鄰位脫氯過(guò)程, 采用Gc2Ms分析與未消化的產(chǎn)甲烷池沉積物一起培養(yǎng)的2,3,5,6-四氯聯(lián)苯(2,3,5,6-CB)的代謝產(chǎn)物有2, 5-CB(21% )、2, 6-CB (63% )和2, 3, 6-CB(16% )。

有人觀測(cè)港灣沉積物中Aroclorl260的還原脫氯發(fā)現(xiàn), 當(dāng)加入 2,3、4、5-CB 或 2, 3, 5, 6-CB 時(shí), Aroclorl260 的間2脫氯率為 65%、55% , 鄰2脫氯率18% , 12%。另外 PCB s 微生物降解過(guò)程中加入PCBs 單個(gè)同系或FeSO4可以促進(jìn)其脫氯。

3. 3　開環(huán)研究

RefaelBlasco 等報(bào)道 42氯聯(lián)苯可以在假單胞菌LB400 等細(xì)菌的作用下, 首先降解為 42氯兒茶酚, 再經(jīng)過(guò)不同途徑, 42氯兒茶酚可經(jīng)過(guò)間位或鄰位開環(huán), 降解為三氯乙酸、原白頭翁素、32氯黏康酸內(nèi)酯。

3. 4　酶降解機(jī)理

一般認(rèn)為微生物降解二噁英主要是由于微生物產(chǎn)生的酶起作用。例如Halden 等將含有DF4, 4а-雙加氧酶的單胞菌(S.phingomonas sp. )RWl加入到填充土壤的實(shí)驗(yàn)生態(tài)系統(tǒng)中, 發(fā)現(xiàn)該菌能有效降解氧芴、二苯-p-二噁英(DD)和 2-氯二苯-p-二噁英(22 CDD)。該菌降解這三種毒物的速度和程度與該菌的起始密度和土壤的有機(jī)物含量(SOM )有明顯的正相關(guān)關(guān)系。同樣能降解二噁英的許多細(xì)菌含有不同的酶, 并需要酶底物。目前, 已分離出并應(yīng)用分子遺傳學(xué)方法構(gòu)建了一些含有區(qū)域選擇性加氧酶的
菌株、能利用憎水的二噁英類化合物作為碳源和能源, 將它們從10 mg/L 降到ug/L 級(jí)的低水平, 氯聯(lián)苯降解(chlorobiphenyl) 為氯安息香酸(chlorobenzoate), 32氯安息香酸(3-chlorobenzoate)由安息香酸鹽的 1, 2-加雙氧酶作用, 緊接著, 由一個(gè)脫氫酶 作用轉(zhuǎn)化為3-氯兒茶酚(3-chlorocatechol), 在苯環(huán)裂解酶作用下間位解環(huán), 轉(zhuǎn)化為一個(gè)酰基氯化物。

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