綜述微生物修復(fù)菲污染中降解菌的菌屬、降解機(jī)理、分子機(jī)制、影響因素（四）
4、影響微生物的修復(fù)因素
溫度、pH、氧氣、生物利用性及微生物本身活性，都是影響生物修復(fù)的關(guān)鍵因素。微生物修復(fù)菲污染的過程，實(shí)際是一系列化學(xué)酶促反應(yīng)的過程，溫度、pH都會(huì)影響酶的活性，從而直接影響整個(gè)降解過程。環(huán)境中氧氣的濃度決定了參與反應(yīng)的微生物類型及降解反應(yīng)速率的快慢，一般好氧降解比厭氧降解速率更快。因此菲的降解與微生物的性質(zhì)及環(huán)境密切相關(guān)，見表4。
4.1菲的生物利用性
土壤中的多環(huán)芳烴菲不是以游離態(tài)存在，而是易于與土壤中的有機(jī)質(zhì)共價(jià)結(jié)合，呈現(xiàn)一種難解析的結(jié)合態(tài)。研究表明，只有溶于水的PAHs才能被胞內(nèi)代謝所利用，所以微生物很難利用結(jié)合狀態(tài)的菲，而且隨著時(shí)間的推移，菲與土壤有機(jī)質(zhì)的共價(jià)結(jié)合更為緊密，使微生物對(duì)污染物的生物有效性降低，解析作用變得更為緩慢。因此，菲的生物利用性是影響微生物降解的重要因素之一，并且呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性。研究者嘗試投放表面活性劑如TW-80，來增加菲的生物利用性。結(jié)果表明，TW-80能提高PAHs的生物可利用性，提高其降解率。Zhu等也報(bào)道了生物表面活性劑可加快土壤中菲和芘的降解，但是化學(xué)表面活性劑很多具有一定的生物毒性，不僅影響土著微生物的種群結(jié)構(gòu)，也會(huì)使部分微生物產(chǎn)生耐藥性，還會(huì)造成二次污染，而且高濃度的表面活性劑，也會(huì)抑制細(xì)菌的降解作用。另一方面，某些微生物自身就能產(chǎn)生表面活性物質(zhì)、胞外多糖等，這些物質(zhì)被分泌到細(xì)胞外后可提高環(huán)境中菲的水溶性，可提高自身在環(huán)境中攝取菲的總量和速率。Deziel發(fā)現(xiàn)微生物在降解PAHs(萘、菲)過程中自身能產(chǎn)生以糖脂形式(鼠李糖脂混合物)存在的生物表面活性劑，促進(jìn)PAHs的降解和微生物的生長。
4.2環(huán)境因素
4.2.1溫度溫度是影響微生物降解多環(huán)芳烴的重要因素之一。溫度的影響主要表現(xiàn)為兩方面：一是溫度影響微生物細(xì)胞內(nèi)降解酶的活性，從而影響多環(huán)芳烴的降解；二是溫度能夠改變菲在土壤中的溶解度，改變菲的生物利用性。降解反應(yīng)和其他酶促反應(yīng)一樣都要求達(dá)到最適酶活溫度，溫度過高、過低都不利于多環(huán)芳烴的降解反應(yīng)進(jìn)行。比如：雙加氧酶是多環(huán)芳烴降解過程中的關(guān)鍵酶，而這種酶活性的最適溫度是40℃，當(dāng)外界溫度較低時(shí)酶的活性受到抑制，溫度過高又使酶的結(jié)構(gòu)遭到破壞而失去活性，對(duì)菲的降解率勢(shì)必會(huì)有影響。在耳炎假單胞菌降解多環(huán)芳烴菲的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外界溫度達(dá)到30℃時(shí)，該菌對(duì)菲的降解率達(dá)到最大值，而低于或者超過30℃時(shí)降解率都會(huì)明顯下降。另一方面，溫度會(huì)影響土壤中的氧氣含量，同樣可改變菲的水溶性。Barbara早在1993年就發(fā)現(xiàn)，土壤中PAHs濃度會(huì)隨著溫度升高而減少。
4.2.2 pH pH對(duì)微生物降解也有一定的影響。一方面微生物生長繁殖都有一個(gè)最適pH值，當(dāng)達(dá)到最適pH時(shí)，微生物表現(xiàn)為生長迅速、繁殖旺盛，對(duì)菲的降解率也提高。研究發(fā)現(xiàn)pH對(duì)L2細(xì)菌的生長速度有明顯影響，當(dāng)pH為7.4時(shí)，菌體的濕重達(dá)到最大。在對(duì)菲降解菌株降解條件的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH為9時(shí)分枝桿菌、敏捷食酸菌的菲降解率及菌體生長密度比pH為5時(shí)提高了4倍左右。另一方面，土壤pH值的變化對(duì)微生物的多樣性和種群結(jié)構(gòu)有一定影響，當(dāng)pH降低時(shí)，土壤微生物多樣性下降，這對(duì)菲的降解十分不利。
4.2.3氧氣土壤中氧氣含量決定著微生物種群的結(jié)構(gòu)，影響好氧微生物、兼性微生物及厭氧微生物的種類，從而影響菲進(jìn)入不同的降解途徑。菲既可以被好氧菌降解，也可以被一些反硝化細(xì)菌或者硫酸鹽還原菌所利用。在有氧條件下，菲被還原充當(dāng)電子供體，提供的電子由氧分子接受，而在無氧條件是由硝酸鹽或硫酸鹽等為電子受體。測(cè)定了淡水河口底泥中含氧量多少對(duì)生物降解PAHs的影響，當(dāng)溶解氧的含量高于70%，PAHs的礦化率呈指數(shù)型增長，而溶解氧低于40%時(shí)，PAHs的礦化受到抑制，因此環(huán)境中氧的含量與多環(huán)芳烴的好氧降解有著重要的聯(lián)系。
4.3微生物自身活性
不同微生物對(duì)菲降解的能力存在著一定的差別。同樣是在最優(yōu)化的條件下，不動(dòng)桿菌的最大菲降解率為80%，而假單胞菌的最大菲降解率卻為86%。而且土壤中的有機(jī)污染物并不是單一存在的，往往是呈現(xiàn)多種污染物混合的狀態(tài)，而在實(shí)驗(yàn)室中篩選出的降解菌株對(duì)底物專一性強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中降解效果就會(huì)受到影響，因此微生物的群落數(shù)量和種類會(huì)直接影響降解效率。
表4影響微生物修復(fù)的因素及作用機(jī)理
5、微生物與植物聯(lián)合修復(fù)
在土壤-植物-微生物組成的復(fù)合體系中，植物與微生物形成的互惠共生系統(tǒng)，共同降解有機(jī)污染物。植物強(qiáng)大的根系為各種微生物的生長繁殖提供了理想的場(chǎng)所，而“寄居”在根際上的微生物通過不斷降解周圍環(huán)境中的有機(jī)污染物，為植物開拓了更多的生長空間。研究表明植物根際降解菌的多樣性及數(shù)量比非根際區(qū)高，代謝活性也比土著微生物強(qiáng)。植物通過根際，將酶及一些有機(jī)酸釋放到土壤中，為根際微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)微生物的生長代謝，同時(shí)根際的分泌物能將有機(jī)污染物，從土壤表面分離出來便于微生物更好地利用。利用黑麥草對(duì)多環(huán)芳烴污染土壤中的菲和芘進(jìn)行降解時(shí)發(fā)現(xiàn)，種植黑麥草后土壤中菲和芘的降解率明顯增加，達(dá)到90.79%和89.21%，均顯著高于無植物對(duì)照。田林雙等將一株植物內(nèi)生菌擬莖點(diǎn)霉單獨(dú)降解菲與水稻聯(lián)合降解進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，前者菲降解率為52.54%而采用聯(lián)合降解菲殘留濃度僅為對(duì)照組的8.40%。研究了種植黑麥草對(duì)土壤中多環(huán)芳烴菲的動(dòng)態(tài)降解作用，結(jié)果顯示，當(dāng)菲初濃度為200 mg/kg時(shí)，種植黑麥草土壤中菲的降解率為84.94%,而不種植土壤中菲的降解率為67.60%，這可能因?yàn)榉N植黑麥草增強(qiáng)土壤中多種酶的活性(多酚氧化酶、脫氫酶和過氧化氫酶)同時(shí)增加了土壤中微生物生物量碳的含量，即提高了土壤中生物活性，從而加速了土壤中菲的降解。
6、小結(jié)
污染土壤中多環(huán)芳烴菲的去除，一直是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。這主要與菲的化學(xué)性質(zhì)及微生物降解能力有關(guān)。環(huán)境中的菲來源廣泛、蒸汽壓小、辛醇-水分配系數(shù)高，這些特征使其長期存在土壤中，不易被分解，通過食物鏈逐層傳遞及等級(jí)間不斷的累積，將會(huì)對(duì)食物鏈頂端的人類造成巨大的致癌威脅。近年來越來越多的菲降解菌被分離純化，相關(guān)的研究也有了很大的進(jìn)展，但菌株之間的降解能力差別較大，對(duì)污染物降解的專一性強(qiáng)也是千差萬別。當(dāng)環(huán)境中的有機(jī)污染物以混合狀態(tài)存在時(shí)，降解效果就有所下降，所以如何尋找和篩選高效、降解譜廣泛，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)良多環(huán)芳烴降解菌，一直是研究者關(guān)注的課題；其次實(shí)驗(yàn)室分離純化培養(yǎng)降解菌的時(shí)間較長，如何通過結(jié)合物理、化學(xué)的手段增加工作效率也是值得思考和探討的方向；盡管單一菌株進(jìn)行生物修復(fù)的研究日益活躍，降解機(jī)理也日益深入，但除了微生物修復(fù)，動(dòng)物與微生物、植物與動(dòng)物的聯(lián)合修復(fù)，也是一個(gè)很好的研究方向，對(duì)解決目前日益嚴(yán)重的多環(huán)芳烴污染問題，提供了新途徑。
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