产电微生物在染料废水生物降解中的应用综述
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肖
江苏农业科学 2012 年第 40 卷第 12 期
J］ ． 江苏农业科学， 2012 ， 40 （ 12 ） ： 364 － 367． 翔， 曹丹鸣， 吴勇民， 等． 产电微生物在染料废水生物降解中的应用综述［
产电微生物在染料废水生物降解中的应用综述
肖
1， 2 1 2 2 2 1， 2 翔 ，曹丹鸣 ，吴勇民 ，王明娜 ，马晓波 ，杜道林
［3 ］
境， 直接与胞外电子受体接触， 或者通过电子递质（ 人工添加 或微生物自身代谢产生） 的间接作用将电子转移给电子受 进行异化厌氧呼吸的微生物。 目前针对产电微生物的研 体， 究大多集中于微生物燃料电池（ MFC ） 。 研究证实， 染料是可 以通过 MFC 进行电化学还原。 位于阳极室的产电微生物将 然后电子通过外电路转移到阴极， 并在阴极 电子传递到阳极， 。 我们前期研究发现， 室以染料作为电子受体将其还原 MFC 中所富集的产电微生物具有直接脱色降解染料的能力 。 近年研究发现， 包括偶氮、 三苯甲烷、 蒽醌、 金属复合染料等多 种类型的染料都能被产电微生物直接还原降解。 产电微生物对染料的非特异性降解是一种新型的染料降 解机制。目前相关机理研究正在逐步深入。以典型产电微生 阐述产电微生物对染料的非特异性 物 Shewanella 菌为代表， 降解过程， 介绍电子递质以及不同环境因素对染料降解效率 的影响， 为深入开展产电微生物在实际染料废水生物处理中 的应用研究提供理论参考。 1 产电微生物的染料降解机理
在通常的染料生物降解过程中， 特异性还原酶发挥着重 ［5 ］ Pseudomonas luteola［8］ 、 Esche要作 用。 例 如 Kocuria rosea 、 ［9 ］ ［10 ］ richia coli 、 Pigmentiphaga kullae K24 等菌株对偶氮染料 Shewanella 的降解都涉及特殊的偶氮还原酶。 近期研究表明， 菌对染料的脱色并不依赖于偶氮还原酶的催化， 而是通过细 胞表面非特异性的电子释放介导染料降解。 Hong 等发现， Cu2 + 、 标桩菌素、 双香豆素、 甲吡酮均能够
（ 1． 江苏大学现代农业装备和技术教育部重点实验室， 江苏镇江 212013 ； 2． 江苏大学环境学院， 江苏镇江 212013 ）
摘要： 生物修复技术是环境友好 、 经济可行的染料废水处理方法 。产电微生物所具有的非特异性降解能力， 使其 电子递质的作用以及不同 在实际染料废水的生物处理中具有重要的应用潜力 。介绍了产电微生物的染料降解机理 、 条件对染料降解的影响， 为进一步研究产电微生物的实际应用提供参考 。 关键词： 产电微生物； 染料； 生物降解； 电子传递 中图分类号： X703 文献标志码： A 文章编号： 1002 － 1302 （ 2012 ） 12 － 364 － 04
［ 8］ Levan A， Fredga k， Sandberg A A． Nomenclacture for centromeric position on chromosomes［ J］ ． Hereditas， 1964 ， 52 （ 2 ） ： 201 － 220． ［ 9］ Stebbins G L． Chromosomal evolution in higher plants［M］． London： Addison － Wesley， 1971． ［ 10］ 时丽冉， 李会芬， 高汝勇， 等． 蜀葵染色体数目及核型分析［J］． 2009 （ 5 ） ： 173 － 174． 江苏农业科学， ［ 11］ ． 农业网络信 乔永刚， 宋芸． 利用 EXCLE 制作核型模式图［J］ 2006 （ 10 ） ： 97 － 98． 息， ［ 12］ 刘永安， 冯海生， 陈志国， 等． 植物染色体核型分析常用方法概 J］ ． 贵州农业科学， 2006 ， 34 （ 1 ） ： 98 － 102． 述［ ［ 13］ ． 生物学杂志， 吴甘霖． 核型分析在细胞分类学中的应用［J］ 2006 ， 23 （ 1 ） ： 39 － 42．
［6 － 7 ］
。 通常微生物会针对特定的
［4 － 5 ］
污染物， 通过自身合成特异性的降解酶进行生物降解
。
但是这种生物降解过程的特异性太强， 制约了对实际混合废 。 水的处理效果 近年来， 产电微生物所具有的非特异性降解 能力受到了广泛的关注。 产电微生物（ electricigens ） 是一类可以利用多种有机物 做碳源， 通过自身呼吸作用， 将代谢产生的电子释放到周围环
收稿日期： 2012 － 08 － 30 30970556 ） ； 江苏大学 基金项目： 国家自然科学基金（ 编号： 20907050 ， 09JDG020 ） 。 科研启动基金（ 编号： 10JDG126 ， 作者简介： 肖 翔（ 1979 —） ， 男， 江苏镇江人， 博士， 讲师， 主要从事环 境微生物研究。E － mail： xiaox@ ujs． edu． cn。 通wk.baidu.com作者： 杜道林， 博士， 教授， 博士生导师， 主要研究方向为污染生 态学。Tel： （ 0511 ） 88790955 ； E － mail： ddl@ ujs． edu． cn。
我国是一个纺织工业大国。 伴随着纺织产品的大量生 产， 众多的印染工厂排放了大量的纺织废水。 其中印染废水 排放量占纺织工业废水排放总量的 80% 。 未经充分处理的 染料废水的大量排放已经对我国的地表水和地下水造成了严 重污染， 不但影响水体的观赏性， 而且对环境造成了潜在的危 ［1 － 2 ］ 。对印染废水的有效治理是当前我国所面临的一个 害性 重要社会和环境问题。 目前对印染废水的处理主要通过物 理、 化学等方法进行， 但是这些处理方法的成本高、 能耗大、 条 件苛刻以及经济可行性较差等不足， 严重限制了印染废水处 高效、 环保 理中的实际应用。生物法降解染料废水具有廉价、 等诸多优势而日益受到关注
肖
江苏农业科学 2012 年第 40 卷第 12 期
J］ ． 江苏农业科学， 2012 ， 40 （ 12 ） ： 364 － 367． 翔， 曹丹鸣， 吴勇民， 等． 产电微生物在染料废水生物降解中的应用综述［
产电微生物在染料废水生物降解中的应用综述
肖
1， 2 1 2 2 2 1， 2 翔 ，曹丹鸣 ，吴勇民 ，王明娜 ，马晓波 ，杜道林
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境， 直接与胞外电子受体接触， 或者通过电子递质（ 人工添加 或微生物自身代谢产生） 的间接作用将电子转移给电子受 进行异化厌氧呼吸的微生物。 目前针对产电微生物的研 体， 究大多集中于微生物燃料电池（ MFC ） 。 研究证实， 染料是可 以通过 MFC 进行电化学还原。 位于阳极室的产电微生物将 然后电子通过外电路转移到阴极， 并在阴极 电子传递到阳极， 。 我们前期研究发现， 室以染料作为电子受体将其还原 MFC 中所富集的产电微生物具有直接脱色降解染料的能力 。 近年研究发现， 包括偶氮、 三苯甲烷、 蒽醌、 金属复合染料等多 种类型的染料都能被产电微生物直接还原降解。 产电微生物对染料的非特异性降解是一种新型的染料降 解机制。目前相关机理研究正在逐步深入。以典型产电微生 阐述产电微生物对染料的非特异性 物 Shewanella 菌为代表， 降解过程， 介绍电子递质以及不同环境因素对染料降解效率 的影响， 为深入开展产电微生物在实际染料废水生物处理中 的应用研究提供理论参考。 1 产电微生物的染料降解机理
在通常的染料生物降解过程中， 特异性还原酶发挥着重 ［5 ］ Pseudomonas luteola［8］ 、 Esche要作 用。 例 如 Kocuria rosea 、 ［9 ］ ［10 ］ richia coli 、 Pigmentiphaga kullae K24 等菌株对偶氮染料 Shewanella 的降解都涉及特殊的偶氮还原酶。 近期研究表明， 菌对染料的脱色并不依赖于偶氮还原酶的催化， 而是通过细 胞表面非特异性的电子释放介导染料降解。 Hong 等发现， Cu2 + 、 标桩菌素、 双香豆素、 甲吡酮均能够
（ 1． 江苏大学现代农业装备和技术教育部重点实验室， 江苏镇江 212013 ； 2． 江苏大学环境学院， 江苏镇江 212013 ）
摘要： 生物修复技术是环境友好 、 经济可行的染料废水处理方法 。产电微生物所具有的非特异性降解能力， 使其 电子递质的作用以及不同 在实际染料废水的生物处理中具有重要的应用潜力 。介绍了产电微生物的染料降解机理 、 条件对染料降解的影响， 为进一步研究产电微生物的实际应用提供参考 。 关键词： 产电微生物； 染料； 生物降解； 电子传递 中图分类号： X703 文献标志码： A 文章编号： 1002 － 1302 （ 2012 ） 12 － 364 － 04
［ 8］ Levan A， Fredga k， Sandberg A A． Nomenclacture for centromeric position on chromosomes［ J］ ． Hereditas， 1964 ， 52 （ 2 ） ： 201 － 220． ［ 9］ Stebbins G L． Chromosomal evolution in higher plants［M］． London： Addison － Wesley， 1971． ［ 10］ 时丽冉， 李会芬， 高汝勇， 等． 蜀葵染色体数目及核型分析［J］． 2009 （ 5 ） ： 173 － 174． 江苏农业科学， ［ 11］ ． 农业网络信 乔永刚， 宋芸． 利用 EXCLE 制作核型模式图［J］ 2006 （ 10 ） ： 97 － 98． 息， ［ 12］ 刘永安， 冯海生， 陈志国， 等． 植物染色体核型分析常用方法概 J］ ． 贵州农业科学， 2006 ， 34 （ 1 ） ： 98 － 102． 述［ ［ 13］ ． 生物学杂志， 吴甘霖． 核型分析在细胞分类学中的应用［J］ 2006 ， 23 （ 1 ） ： 39 － 42．
［6 － 7 ］
。 通常微生物会针对特定的
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污染物， 通过自身合成特异性的降解酶进行生物降解
。
但是这种生物降解过程的特异性太强， 制约了对实际混合废 。 水的处理效果 近年来， 产电微生物所具有的非特异性降解 能力受到了广泛的关注。 产电微生物（ electricigens ） 是一类可以利用多种有机物 做碳源， 通过自身呼吸作用， 将代谢产生的电子释放到周围环
收稿日期： 2012 － 08 － 30 30970556 ） ； 江苏大学 基金项目： 国家自然科学基金（ 编号： 20907050 ， 09JDG020 ） 。 科研启动基金（ 编号： 10JDG126 ， 作者简介： 肖 翔（ 1979 —） ， 男， 江苏镇江人， 博士， 讲师， 主要从事环 境微生物研究。E － mail： xiaox@ ujs． edu． cn。 通wk.baidu.com作者： 杜道林， 博士， 教授， 博士生导师， 主要研究方向为污染生 态学。Tel： （ 0511 ） 88790955 ； E － mail： ddl@ ujs． edu． cn。
我国是一个纺织工业大国。 伴随着纺织产品的大量生 产， 众多的印染工厂排放了大量的纺织废水。 其中印染废水 排放量占纺织工业废水排放总量的 80% 。 未经充分处理的 染料废水的大量排放已经对我国的地表水和地下水造成了严 重污染， 不但影响水体的观赏性， 而且对环境造成了潜在的危 ［1 － 2 ］ 。对印染废水的有效治理是当前我国所面临的一个 害性 重要社会和环境问题。 目前对印染废水的处理主要通过物 理、 化学等方法进行， 但是这些处理方法的成本高、 能耗大、 条 件苛刻以及经济可行性较差等不足， 严重限制了印染废水处 高效、 环保 理中的实际应用。生物法降解染料废水具有廉价、 等诸多优势而日益受到关注