镰刀菌

镰刀菌在环境保护中的应用
作者
摘要：镰刀菌属于霉菌中的一种菌种，镰刀菌不仅在食品、医学、生物保护等领域中发挥着重要作用，更在环境保护中起着巨大的作用。

特别是镰刀菌在生物脱除氮氧化物，生物降解酚类化合物、氰化物，吸收、蓄积、降解多环芳烃等方面的作用机理，指出了其在环境保护中的重要作用和巨大的应用前景。

关键词：镰刀菌；生物处理；环境保护
Abstract: Fusarium belonging to the mold of a species of Fusarium, not only in the food, medicine, biological protection plays an important role in environmental protection, it plays a great role. In particular the Fusarium in biological removal of nitrogen oxides,biodegradation of phenolic compounds, cyanides, absorption, accumulation, and degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons and other aspects of the mechanism of action, pointed out its ' important role in environmental protection and great application prospect.
随着经济的发展，环境污染及生态破坏越来越严重，严重威胁着人类及其他生物的生存和发展，特别是氮氧化物、氰化物、苯酚、多环芳烃等，因此，对这些污染物的降解、去除，已成为当务之急。

而传统的物理、化学方法，由于成本高、容易产生二次污染等弊端，其应用越来越受到限制。

生物去除法能够有效的降解环境中的氮氧化物、氰化物等污染物，具有成本低、选择性好、高效、无二次污染物等优点，已经被广泛应用。

例如，镰刀菌对废水中无机氰化物的去除能力达90%以上。

1.镰刀菌
镰刀菌属隶属半知菌纲，由于它产生的分生孢子呈长柱状或稍弯曲像镰刀而得名。

镰刀菌在固体培养基上的菌落呈圆形、平坦、绒毛状。

颜色有白色、粉红、红、紫和黄等。

有些种类的颜色为水溶性的，可溶于培养基中。

镰刀菌是真菌中一个常见且重要的种属，在环境中分布极为广泛，甚至存在于严寒的南北极和干燥炎热的沙漠中，易培养，对营养物质要求不高，且抗毒性强。

镰刀菌属中有许多对经济作物有害的种，例如，尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum Schlecht）能引起油桐枯萎病；串珠、尖孢、木贼、黄色等镰刀菌能引起小麦赤霉病，而且，镰刀菌还能产生镰刀霉毒素，对人畜及其他生物产生危害。

但，镰刀菌对环境中的污染物去除也发挥着巨大的作用。

正确应用镰刀菌，为我们也有着不菲的价值。

2.镰刀菌对氮氧化物的处理
氮氧化物是污染大气的主要污染物之一，特别是与碳氢化合物易形成光化学烟雾。

NO x主要来自化石燃料的燃烧和汽车尾气的排放等，其特点是污染面积广、难治理。

所以，对氮氧化物的治理已成为必要，而生物处理因存在许多优点，将越来越多的被应用。

通常，生物处理NO x是把NO x转化到液体或固体表面滤膜上，然后NO x在液相或固相表面上被微生物去除。

一些脱氮菌在适宜的条件下，利用氮氧化物为氮源，转化为自身的营养物质，异养生物将氮氧化物转化为氮气。

NO不与水反应，溶解度很小，其净化途径可能有两条：一是NO溶解于水；二是被反硝化细菌吸附，将其还原为N2。

NO2溶于水的反应式为：2NO2+H2O→HNO3+HNO2 (1);3HNO2→HNO3+2NO+H2O (2)。

NO3-在微生物的作用下还原为NO2-，NO2-在亚硝酸盐还原酶的作用下再还原为NO，最后被还原为N2。

镰刀菌（Fusarium oxysporum）的细胞色素P450NADH-NO还原酶（P450Nor）是属亚铁血红素-硫醇蛋白家族，是真菌反硝化作用的关键酶，此酶能催化还原2分子的NO到1分子N2O，如反应式:
Fe3+NO+NADH+H+→Fe3+[NOH]-+H++NO→Fe3++N2O+H2O (3)
它还可作为还原剂催化还原N2O4。

Fe3+-NO复合体被认为是此酶的酶-底复合体，P450Nor在分子氧极为有限的时候，使得NO的还原加快，这与反硝化细菌的氧化氮还原酶不同，后者可以将NO直接转化为N2，但所需时间比前者要长。

这为生物脱出氮氧化物的污染方面提供了理论支持和模式菌，必将在氮氧化物的治理技术上产生重要的影响。

3.镰刀菌对氰化物的处理
氰化物是指化合物分子中含有CN-的一类物质。

氰化物主要来自金矿和电镀等行业，特别是无机氰化物具有剧毒性，极少的氰化物进入人体内，就会使人死亡。

CN-进入人体后便生成氰化物，它的作用极为迅速，处在含有低浓度（0.005mg/L）氰化物的空气中，很短时间内就会引起人头痛、不适、心悸等症状，在高浓度（﹥0.1mg/L）的情况下，就会使人死亡。

因此，对氰化物的防治
与治理极为重要。

一些种类的霉菌和细菌能够利用氰化物作为碳源和（或）氮源，其利用氰化物水合酶降解氰化物，把氰化物转化为甲酰胺，然后转化为CO2和NH3，或者，氰水解酶催化氰化物向甲酸盐和NH3转化（这种酶可诱导产生，不产生甲酰胺，它在有氧和无氧条件下都有活性，也不需要辅酶和辅基的再生）。

利用镰刀菌12号固定化细胞降解氰化物的研究表明，在培养基中添加氰化物可显著提高诱导酶的活力，经海藻酸钙固定后相对活性为89.68% ，最适pH=8.0～9.0，最适温度为35～45℃。

固定化细胞柱连续处理浓度500ppm，流速15ml/h，运转90h，出水CN-<10ppm 。

3.镰刀菌对苯酚的处理
苯酚（C6H6O）是化工、石化、冶金等行业排放废水中最常见的污染物之一。

苯酚对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用，可抑制中枢神经或损害肝、肾功能。

吸入高浓度蒸气可致头痛、头晕、乏力、视物模糊、肺水肿等。

误服引起消化道灼伤，出现烧灼痛，呼出气带酚味，呕吐物或大便可带血液, 有胃肠穿孔的可能，可出现休克、肺水肿、肝或肾损害。

苯酚作为唯一碳源时，镰刀菌HJ01降解苯酚的培养液的紫外光谱见图，由图8可见，随时间的延长，本分的特征吸收峰高度明显下降，至4.5d后完全消失，说明苯酚降解完全。

镰刀菌HJ01对苯酚的降解途径主要是先将转化为邻苯二酚，再进一步氧化为琥珀酸、二氧化碳等产物。

镰刀菌HJ01能以苯酚作为唯一碳源生长，外加碳源可提高苯酚的降解速率。

在蔗糖加入量为3g/L、降解体系初始pH为6.0、温度为30o C的条件下，经HJ01菌处理4d后的质量浓度为420mg/L苯酚溶液的苯酚完全降解。

4.镰刀菌对多环芳烃的处理
镰刀菌可以降解土壤中菲、芘，经处理360h后，对菲、芘的降解效率分别76.96%和20.69%。

Fusarium solani通过14CO2示踪法证实了其可使苯巴芘矿化，并同化为自身的生物量[7]，而且其胞内脂肪泡对多环芳烃（PAHs）也有累积和降解作用，其从培养基质里吸收PAH是不需能量的被动过程，累积过程不受其老化的影响。

PAH在脂肪泡内的累积是PAH可能被氧化的开始位置，但累积和降解不是同步的。

这说明镰刀菌既可降解多环芳烃，也可累积回收多环芳烃，具有巨大的应用前景。

过去对多环芳烃的生物降解的研究多集中于白腐菌，但白腐菌的生长周期长，且在营养生长阶段不产生木质素氧化酶和锰过氧化酶等这类对PAH有降解作用的酶类，这就成了白腐菌在PAH治理应用中的瓶颈。

5.问题与展望
镰刀菌在环境保护中日益显示其巨大的应用前景，虽然镰刀菌自身也有缺点。

但随着现代基因技术的日臻成熟，采用驯化、培养和诱变、遗传、克隆等技术，使得高效菌株的选育成为可能。

为了更好地利用镰刀菌这一常见且重要的真菌资源，并结合近年的镰刀菌在环境保护中的研究情况，建议今后的镰刀菌研究工作应集中在：
（1）进一步开展高效且无毒镰刀菌的选育研究和镰刀菌所产毒素的快速检测技术研究和进一步对该毒素的降解，采用基因工程等现代科学技术，构建高效降解环境有毒污染物的新型优良菌株，扩大其应用范围。

（2）大力加强高效镰刀菌应用工艺的开发研究，确定反应器构型、操作条件等工艺参数，建立示范工程，尽快使高效菌的应用产业化。

随着镰刀菌在环境保护中的应用研究的不断深入，这种真菌资源必将在改善环境质量，促进环境可持续发展的事业中发挥重要作用。

参考文献
1.李峰，李济吾，镰刀菌在环境保护中的研究进展，化工环保，2007，01（01）.
2.周群英，王士芬，环境工程微生物学，高等教育出版社，2008，01：93~97.
3.林清洪，黄志宏，镰刀菌研究概述，亚热带植物通讯，1996,25(I)51~56.
4.张华，赵由才，生物法处理氮氧化物废气的原理与技术研究进展，山东建筑工程学院学报，2005,08,20（03）69~74.
5.仲崇波，王成功，陈炳辰，氰化物的危害及处理方法综述，2001.5.299.
6.何玉财，刘幽燕，童张法，韩文亮，微生物降解氰化物，化工科技，2004,12（2）：58~62.
7.李济吾，张珍，镰刀菌HJ01对苯酚的降解性能，化工环保，2006，26（5）:353~356.。