苯乙烯微生物降解机理的研究进展(1)

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苯乙烯微生物降解机理的研究进展吴献花1,2,孙石2,邵丹1,李海涛1,章新1,林洪

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(1.玉溪师范学院化学与环境科学系,云南玉溪653100;2.昆明理工大学环境科学与工程学院,云南昆明650093)

摘要:综述苯乙烯微生物降解的机理。对需氧和厌氧苯乙烯降解的乙烯基侧链氧化和芳香环开裂途径、高级苯乙烯降解途径基因组和调节中枢、影响苯乙烯降解的生理学因子、生物膜中苯乙烯降解微生物和途径酶的生物技术运用的相关文献进行分析研究。

关键词:苯乙烯;微生物;生物降解;分解代谢

中图分类号:Q93;O625.12 文献标识码:A 文章编号:1004-311X(2004)06-0079-04

收稿日期:2004-04-14;修回日期:2004-09-03

863 项目:国家高技术研究发展计划( 863计划 )项目资助(2002AA649050)

作者简介:吴献花(1971-),女,硕士,副教授,从事环境生态学与环境工程学教研工作,发表论文16篇;孙石(1957-),男,博士,教授,博士导,从

事环境污染治理技术基础与工业应用研究,发表论文70余篇。

全球研究者自20世纪70年代以来已从各地土壤、废水中分离到有苯乙烯降解能力的多种微生物,包括假单胞菌属(Pseudomonas )、红球菌属(Rhodococcus )、黄杆菌属(Xanthobac te r )、棒状杆菌属(Corynebacte rium )、肠杆菌属(Ente robacter )、诺卡氏菌属(Nocardia )等菌种。作者依据苯乙烯降解主要途径综述苯乙烯微生物降解的生物化学、遗传学和生理学,确定各种分解代谢途径相关微生物及其酶的意义。国内尚无同类研究报道。

1 需氧苯乙烯降解

苯乙烯微生物需氧降解的两条主要途径包括乙烯基侧链的氧化和芳香环开裂(图1)。苯乙烯降解途径的每个路径相应数字代表已被证实完成特定转化的细菌:1.恶臭假单胞菌CA-3(Pseu domonas putida CA-3);2.黄杆菌124X 菌株(Xan thobacter strain 124X);3.黄杆菌S5菌株(Xanthobacter strain S5);4.荧光假单胞菌S T (P.f luorescens ST );5.假单胞菌Y2菌株(Pseudomonas sp.strain Y2); 6.棒状杆菌ST -10菌株(Corynebacterium strain ST-10);7.玫瑰色红球菌NCIMB 13259(Rhodococcus rhodoch r ous NCIM B 13259)。点线表示还需进一步证明的降解路径。

1.1 侧链氧化

侧链氧化途径包括黄素腺嘌呤二核甙酸依赖的一氧化酶对乙烯基侧链的环氧化作用和随后由环氧苯乙烯形成苯乙醛(PAAL)的同分异构化作用。PAAL 经烟酰胺腺嘌呤二核苷酸

(NAD +)或羟基色菌绿素甲氧硫酸盐依赖的脱氢酶而被氧化成苯乙酸(PAA)。高级苯乙烯降解途径指苯乙烯至PAA 的转化过程,P.putida CA -3、Xanthobacter strain 124X 、Xan thobacte r strain S5、P.fluorescens ST 、Pseudomonas sp.strain VLB120、Pseu domonas sp.strain Y2等许多菌株操纵着高级苯乙烯降解途径。低级苯乙烯降解途径指PAA 至krebs 循环中间产物的转化过程。PAA 微生物代谢的认识获自P.putida U 和大肠埃希菌W (Escherichia coli W)的研究,PAA 先被活化成苯乙酰辅酶A(PA CoA),接着通过类 -氧化作用、酶促反应的转化过程而产生

乙酰辅酶A [1]

。Pseu domonas sp.s train Y2和P.putida CA-3的基因分析确认编码PACoA 的paaK 基因负责苯乙烯至PAA 的转化,并激活PAA 至PACoA 路径[2-4]。P.f luorescens ST 在依靠苯乙烯和/或PAA 提供碳源的培养基中能产生2-羟基苯乙酸(2-OHPAA),根据2,5-二羟苯乙酸-1,2-二羟基酶活性检测而提出2-OHPAA 可经过2,5-二羟苯乙酸至乙酰乙酸盐途径而被代谢[3]。

图1 苯乙烯细菌性降解的主要途径

第14卷第6期:792004年12月 生 物 技 术BIOTECHNOLOGY

Vol 14,No 6:79

Dec 2004