二噁英微生物降解技術
1 降解菌的篩選
二噁英是高度抗微生物降解的物質, 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,大多數從產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, 細菌篩選一般用無機鹽瓊脂培養基, 其中加入二噁英作為惟一的碳源, 供微生物生長。選擇合適的溫度, 培養24～72h, 直到長出菌落, 挑選生長良好的優勢菌落, 觀察記錄菌落形態, 保存菌株并鑒定, 此菌株則為能夠降解二噁英的菌株。
降解試驗一般用無機鹽液體培養基, 培養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。分別用分光光度計和顯微鏡觀察其生長狀況, 測定培養后培養液中二噁英的含量, 計算降解率, 選
出降解能力最強的菌株進行污水和土壤的處理, 以凈化環境。
2 目前篩選出的主要菌株
國內外對二噁英降解進行了廣泛的研究, 已篩選出了許多能夠降解二噁英的細菌。Klecka (1980)報道, 拜葉林克氏菌屬可以將 22 CDD 降解為初級代謝產物二氫二酚(cis2 dihydrodio ls)。杜秀英等從多氯代二苯并2對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并使其降解, 多數幾乎不能降解三氯代二噁英。W ilkes 對有礦化作用的細菌sp h ing om onas sp. RW l菌種進行研究, 發現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 PCB s 的微生物降解研究較多,篩選出的細菌也多, 如無色桿菌 (A ch rom obactersp. )、不動桿菌(A cinetobactersp. )、產堿桿菌(Al2caligenessp. )、糞產堿菌(A lca l ig enes f aeca l is)、節桿菌 (Arthrobactersp. )、棒桿菌 (Cory nebacteriumsp. )、Pleurotusostreatus、真養產堿菌 (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 內對2, 72二氯聯苯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, 其降解率達到19%～ 75.9%。Takada 等報道了利用白枯真菌菌株(PhanerochaetesordidaYK2624) 在穩定的低氮介質中, 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, 其降解的機理不同, 降解產生的中間產物不同,終產物不同。
3. 1 氧化作用
Haigler(1988) 報道 Pseudomonassp. 能夠以o-CDB為單一碳源和能源生長, o-CDB首先通過雙氧化作用形成鄰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) , 后者可作為苯環裂解酶的基質。
3. 2 脫氯作用
PCBs 的毒性與所含氯的多少密切相關, 一般含氯越多毒性越大, 微生物降解PCBs時涉及脫氯和開環兩個方面。不同的微生物有不同的脫氯方式,既有鄰位2脫氯和對位2脫氯, 也有間位2脫氯,Van2Dort等首次報道厭氧微生物的鄰位脫氯過程, 采用Gc2Ms分析與未消化的產甲烷池沉積物一起培養的2,3,5,6-四氯聯苯(2,3,5,6-CB)的代謝產物有2, 5-CB(21% )、2, 6-CB (63% )和2, 3, 6-CB(16% )。
有人觀測港灣沉積物中Aroclorl260的還原脫氯發現, 當加入 2,3、4、5-CB 或 2, 3, 5, 6-CB 時, Aroclorl260 的間2脫氯率為 65%、55% , 鄰2脫氯率18% , 12%。另外 PCB s 微生物降解過程中加入PCBs 單個同系或FeSO4可以促進其脫氯。
3. 3 開環研究
RefaelBlasco 等報道 42氯聯苯可以在假單胞菌LB400 等細菌的作用下, 首先降解為 42氯兒茶酚, 再經過不同途徑, 42氯兒茶酚可經過間位或鄰位開環, 降解為三氯乙酸、原白頭翁素、32氯黏康酸內酯。
3. 4 酶降解機理
一般認為微生物降解二噁英主要是由于微生物產生的酶起作用。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驗生態系統中, 發現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物含量(SOM )有明顯的正相關關系。同樣能降解二噁英的許多細菌含有不同的酶, 并需要酶底物。目前, 已分離出并應用分子遺傳學方法構建了一些含有區域選擇性加氧酶的
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 級的低水平, 氯聯苯降解(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, 由一個脫氫酶 作用轉化為3-氯兒茶酚(3-chlorocatechol), 在苯環裂解酶作用下間位解環, 轉化為一個酰基氯化物。
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