功能微生物对持久性氯代有机污染物的降解作用及机理

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藻 类 是 水 生 态 系 统 中 的 主 要 生 产 者 %繁 殖 周 期 快 %具 有 巨 大 的 生 物 量 *据 此 %它 们 对 污 染 物 的 降 解 于 生 态 环 境 有 着 重 要 价 值 *研 究 发 现 某 些 藻 类 可 以 在 合 成 有 机 物 的 同 时 降 解 氯 代 有 机 物 *蓝 藻 门 中 的 念 珠 藻 属 !*\>"\R"和鱼腥藻属!D)#8#!)#"中有 部 分 藻 种 可 以 有 效 降 解 林 丹(77J 等 多 氯 代 有 机 化 合 物 类 * )!5%""/"%* 念珠藻与鱼腥藻&C 对 $*# :R'8 林 丹 的 降 解 率 分 别 为 31*&N 和 33*!N)"%**蛋 白 核 小 球 藻 !;F$\0!$$# -@0!)\9+\>#"(羊角月牙藻!3!$!)#>"0I'R#0-09R\0)I"I'"也 可 对 三 氯 生 和 I4PF等 氯 代 有 机 物 起 到 良 好 的降解效果)"&/"3**其中%蛋白小球藻 13@ 可 将 0$$>R'8 的 三 氯 生 降 解 55*#N%羊 角 月 牙 藻 对 !*$ :R'8 的 !%#%%/三 氯 联 苯 的 降 解 率 为 &#*0N *
(/六 氯 环 己 烷 !(/M4M" (/M4M
林丹和硫丹
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三氯乙烯!J49"%顺式!%#/二氯乙烯!D/749" )!!*
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毒 死 蜱 %"%&%3/三 氯/#/羟 基 吡 啶
功能微生物对持久性氯代有机污染物的 降解作用及机理
鲁莉萍肖文丰刘嘉裕王!佳蒋晓军刘!鹏张杭君
杭州师范大学生命与环境科学学院浙江 杭州 "!$$"3
摘!要持久性氯代有机污染物是环境中广泛存在的一类有机污染物*真 菌(细 菌(放 线 菌 和 某 些 藻 类 是 氯 代有机污染物的主要降解物种%对全球持久性氯代有机 物 的 削 控 起 到 至 关 重 要 的 作 用*文 章 综 述 了 持 久 性 氯 代 有机污染物的降解功能物种%并分析了功能物种降解氯 代 有 机 物 的 关 键 酶 和 降 解 机 理*在 此 基 础 上%从 固 定 化( 基因工程(酶工程(生物反应器等方面对降解功能物种应 用 于 持 久 性 氯 代 有 机 污 染 物 污 染 场 地 的 实 地 生 物 修 复 技术进行了展望*
收 稿 日 期 #$!"/$1/$3 基金项目国家自然科学基金项目!#!$55$"$"#杭州师范大学学生科研立项项 目!!#0"GG,$1"#杭 州 师 范 大 学 本 科 生 创 新 能 力 提 升 工 程 项 目 !4G#$!"$50"* 通 信 作 者 张 杭 君 !!10$$ "%男 %副 教 授 %博 士 %主 要 从 事 污 染 生 态 学 研 究 *9/:-;)&A@->R@->RE=>!R:-;)*D(:
4!>I$,I0\'\)#>FSS* 4!>I$,9"\8#R"!09I' FSS*
5#)+\0#!#FS* C\0+\)9#FSZKKH!
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污染物
文献
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鱼腥藻属
物种 ;90R9)!$$#'I>R#! 2@R!$9\-F"F\0#"F!0'\-F9$# 5F\'#!I-@0!)# D>-!0[9$$I>,I'9[#"I>
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有研究表明产甲烷菌可降解三氯 乙 烯(五 氯 酚 !I4I"等 氯 代 污 染 物#梭 菌 属 !/I>\8#R"!09I'"是 降 解 I4I 等氯酚类有机物的优势菌属#芽孢 杆 菌 属!E#R9$$I>"可 降 解 农 药 有 效 成 分 多 菌 灵(77J(五 氯 化 苯 酚
"$$
杭 州 师 范 大 学 学 报 !自 然 科 学 版 "
有报道表明真菌比细 菌 可 降 解 更 广 谱 的 I4PF等 氯 代 有 机 污 染 物)#%**在 碳 源 与 氮 源 受 限 制 的 环 境 下%白腐真菌会分泌出一系列的过氧化物酶来降 解 I4PF(I4I 等 有 机 含 氯 污 染 物)#&**同 时 有 研 究 表 明 白 腐菌#0C能完全降解50:R'8 的 M4M)#3**相比在土壤中的 而 言%白 腐 菌 更 容 易 降 解 水 中 的 难 降 解 含 氯 有机物)#5**多年残留的 I4I 对白腐菌具有毒性%且 会 抑 制 其 降 解 效 率)#0**另 外%在 添 加 碳 源 的 情 况 下%木 霉菌 b,!$对#%#/二氯乙烯基二甲基磷酸酯!7;D@)(W[(F%77'I"的 降 解 效 率 可 达 5!*5N#褐 腐 菌(黄 曲 霉菌等多类真菌也对 77J 等多种有机氯代污染物有一定的降解效果 * )#1* $*6! 放 线 菌
类别 真菌
属名 卷霉属 毁丝菌属 茎点霉属 曲霉属 黑蛋巢菌属 白腐菌属
细菌
褐腐菌属 劳尔氏菌属 门多萨假单胞菌属 假单胞菌属
红球菌属
放线菌
分支杆菌属 伯克氏菌属 乙烯脱卤拟球菌属 脱卤拟球菌属 蒂氏脱硫念珠菌属 除硫单胞菌属 脱亚硫菌属 5#)+\0#!# 属 戈登式菌属
链霉属
诺卡氏菌属
藻类
衣绿藻属 小球绿藻属 菱属硅藻属
放 线 菌 一 直 以 来 被 作 为 一 种 在 生 物 转 化 与 生 物 降 解 方 面 很 具 潜 力 的 菌 种 *其 菌 属 降 解 领 域 广 谱 %具 降 解功能种类丰富*有 报 道 表 明 该 菌 属 可 降 解 多 种 化 学 结 构 的 杀 虫 剂%包 括 有 机 氯(氨 基 甲 酸 酯(氮 杂 苯 等)"$**同时%放线菌可降解氯氰 菊 酯 等 氯 代 有 机 物%放 线 菌 OZ/!35 菌 株 3$@ 对 氯 氰 菊 酯 的 降 解 率 可 达 00*"N)"!**此外%还 有 研 究 报 道 了 5 株 对 氯 苯 具 有 降 解 能 力 的 放 线 菌 !J\RI09# c7!"1%%F\+\R\RRI> c7!%$%%F\+\R\RRI> c7!%#%D0"F0\8#R"!0 c7#"$%D0"F0\8#R"!0 c7#"#%E#R9$$I> c7!50%3"!)\"0\-FL \'\)#>c7#"5"%其中菌株3"!)\"0\-F\'\)#>c7#"5的降解效果最佳%#%@的降解率为3$*0N * )"#* $*A! 藻 类
!!降解持久性氯代有机污染物的功能微生物
功能微生物的分离筛选是生物降解持久性氯代有机污染 物的 重 要过 程*目 前 国 内 外 已 报 道 的 降 解 功 能 微 生 物 包 括 &细 菌 如 分 枝 杆 菌 !2@R\8#R"!09I' FS.")#*(产 乙 烯 脱 卤 拟 球 菌 !4!F#$\R\RR\9+!>!"F!)\[!)!> F^W-;>!1&")"*等#真菌如曲霉属!D>-!0[9$$I>,I'9[#"I>"(卷霉属!;90R9)!$$#'I>R#!")%*等#放线 菌 如 戈 登 式菌属!C\0+\)9#FSZKKH!"(诺卡氏菌属!3"#0R#0"!>9#)8#R"!09#")&/3*等#藻 类 如 铜 绿 微 囊 藻!29R0\R@>L "9>#!0I[9)\>#"(衣 绿 藻 属 !;F$#'@+\'\)#>")5*等 *降 解 功 能 微 生 物 具 体 见 表 !*
#$!% 年 !
等难降解的有机污染物#棒状杆 菌 属 !;\0@)\8#R"!09I'"可 降 解 77J(百 草 枯 等 氯 代 有 机 污 染 物#柠 檬 酸 杆菌属!;9"0\8#R"!0"(硫酸盐还原菌)#!*(脱卤拟球菌 等 )#!* 多种菌属均可降解含氯有机污染物 * )!1%##/#"* $*%! 真 菌
!第"期
鲁 莉 萍 %等 &功 能 微 生 物 对 持 久 性 氯 代 有 机 污 染 物 的 降 解 作 用 及 机 理
#11
表 $! 降 解 持 久 性 氯 代 有 机 污 染 物 的 功 能 微 生 物
7.K($!7+,0<3*/#"3.4-#*5""5'.3#1-1/+./*.3!,'5.!,;,51#1/,3/"5'.3"*+4"5#3,;"44</.3/1
第!"卷 第"期 #$!% 年 & 月
杭 州 师 范 大 学 学 报 自 然 科 学 版
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关 键 词 持 久 性 氯 代 有 机 污 染 物 #生 物 降 解 #功 能 物 种 #沉 积 物 #土 壤 中 图 分 类 号 G&#%! ! ! ! ! 文 献 标 志 码 K 文 章 编 号 !35%/#"#G!#$!%"$"/$#10/$3
氯代有机污染物是美国环境保护署!9IK"优先控 制 污 染 物 名 单 上 占 最 大 比 例 的 一 类 污 染 物)!**这 些 污染物被用作除草剂(杀虫剂(杀菌剂(溶剂(液压和传热流 体(增 塑剂(脱 脂 剂 以 及 化 学 合 成 的 中 间 体*持 久性氯代有机污染物包括有 机 氯 农 药!UWR->(D@)(W;>BIBF^;D;CBF%U4IF"(多 氯 联 苯 !I4PF"(氯 苯(氯 酚( 氯 代 烃 等 脂 肪 族 和 芳 香 族 化 合 物 *这 类 有 机 污 染 物 在 自 然 环 境 中 难 以 降 解 %其 半 挥 发 性 和 亲 脂 性 导 致 它 们 广 泛 残 留 在 土 壤 和 沉 积 物 中 %并 可 沿 食 物 链 富 集 积 累 %已 对 环 境 和 生 物 体 健 康 构 成 严 重 的 安 全 风 险 *因 此 % 研究持久性氯代有机污染物的生物降解可降低有机物 在生 态环境 中的风险%减 少 其 对 人 群 健 康 的 潜 在 危 害 %具 有 重 要 的 意 义 *
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毒莠定
秀 谷 隆 %阿 特 拉 津 甲 拌 磷 %对 硫 磷
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来自百度文库
77J 林丹
)!5*
$*$! 细 菌 分离筛选细 菌 降 解 氯 代 有 机 污 染 物 的 研 究 起 步 较 早*较 为 常 见 的 好 氧 降 解 菌 株 有 假 单 胞 菌 属
鞘氨醇单胞菌在 M4M 异构体降解方面具有独特的优势%其中经培养分离的菌株鞘氨醇单胞菌 PM4/ K!&C对 $/%)/%(/和 #/M4M 异 构 体 降 解 效 率 可 达 0%*"N)#$**另 外%少 动 鞘 氨 醇 单 胞 菌 "C 可 完 全 降 解 $/M4M%而对 于 )/%(/和 #/M4M 0C 的 降 解 率 为 &3N*由 此 可 见%少 动 鞘 氨 醇 单 胞 菌 主 要 适 用 于 降 解 $/M4M*
!5>!I+\'\)#>-I"9+#"与鞘氨醇单胞菌等%厌氧降解菌株 有 伯 克 霍 尔 德 菌 属(产 甲 烷 菌 等%兼 性 厌 氧 菌 株 芽孢杆菌属等*它们降解氯代有机物的范围广%包括氯 酚(氯 苯(多 氯联苯(有 机 氯 农 药 等 多 种 难 降 解 的 氯 代 有 机 污 染 物 * )!0/!1*
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