二噁英微生物降解技术
1 降解菌的筛选
二噁英是高度抗微生物降解的物质, 自然界中仅有5%的微生物菌株能分解TCDD, 必须使用合适的途径筛选能够降解二噁英的微生物。研究中,大多数从产生二噁英的化工厂车间附近或受污染的土壤及水体底泥中分离、筛选降解菌, 细菌筛选一般用无机盐琼脂培养基, 其中加入二噁英作为惟一的碳源, 供微生物生长。选择合适的温度, 培养24～72h, 直到长出菌落, 挑选生长良好的优势菌落, 观察记录菌落形态, 保存菌株并鉴定, 此菌株则为能够降解二噁英的菌株。
降解试验一般用无机盐液体培养基, 培养基中加二噁英作为惟一碳源, 接种分离的降解菌, 选择不同温度、不同pH 值、不同二噁英浓度等条件下培养。分别用分光光度计和显微镜观察其生长状况, 测定培养后培养液中二噁英的含量, 计算降解率, 选
出降解能力最强的菌株进行污水和土壤的处理, 以净化环境。
2 目前筛选出的主要菌株
国内外对二噁英降解进行了广泛的研究, 已筛选出了许多能够降解二噁英的细菌。Klecka (1980)报道, 拜叶林克氏菌属可以将 22 CDD 降解为初级代谢产物二氢二酚(cis2 dihydrodio ls)。杜秀英等从多氯代二苯并2对2二噁英(PCDD s)污染的土壤和含氧沉积物中分离筛选出8 株降解PCDD s的菌株, 均能以一氯代和二氯代二噁英为单一碳源和能源生长并使其降解, 多数几乎不能降解三氯代二噁英。W ilkes 对有矿化作用的细菌sp h ing om onas sp. RW l菌种进行研究, 发现它能降解几种一氯代和二氯代二噁英, 但不能降解多氯代二噁英。
二噁英中有关 PCB s 的微生物降解研究较多,筛选出的细菌也多, 如无色杆菌 (A ch rom obactersp. )、不动杆菌(A cinetobactersp. )、产碱杆菌(Al2caligenessp. )、粪产碱菌(A lca l ig enes f aeca l is)、节杆菌 (Arthrobactersp. )、棒杆菌 (Cory nebacteriumsp. )、Pleurotusostreatus、真养产碱菌 (Alcaligeneseuatrophus )、白腐菌 (Whitefungi )、Rhod ococcusg loberulus、Sphingomonaspaucimobil is、和假单胞菌属 (Pseudomonassp. ) 的多种菌株等。
某些真菌可有效降解二噁英, 例如燕麦镰孢菌[Fusariumavenaceun (Corda, Fries) Saccardo, 菌株65]、隔孢伏茸菌[Peniophora, 菌株 267], 及其与金孢展齿革菌(Phanerochaete Chrysosporium,PC) 的融合体PC×65、PC×267 和PC, 在30d 内对2, 72二氯联苯2p2二噁英的降解比分别为 82.9%、75.2%、99.1%、87.5%和67.5%。Ohakawa 等用筛选的3株真菌菌株(563、Vl 和V2) 和两种腐木真菌[ P.chrysosporium 和采绒革盖菌(CoriolusVersicolor)]降解 2, 4, 82三氯氧芴, 其降解率达到19%～ 75.9%。Takada 等报道了利用白枯真菌菌株(PhanerochaetesordidaYK2624) 在稳定的低氮介质中, 降解了10 种 PCDD s 和 PCDF s 的混合物, 降解率约为 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产物分别为4, 52二氯邻苯二酚和四氯邻苯二酚。土壤中的白枯真菌如显金孢子菌属 (phanerochaetechrysospor2ium 能将PCDD s矿化。
3 降解机理研究
不同的二噁英类的化合物, 有不同的降解微生物, 其降解的机理不同, 降解产生的中间产物不同,终产物不同。
3. 1 氧化作用
Haigler(1988) 报道 Pseudomonassp. 能够以o-CDB为单一碳源和能源生长, o-CDB首先通过双氧化作用形成邻2二氯代二氢二酚化合物(o-dichlo-rinateddihydrodils) , 然后通过单氧化作用形成 3,42二氯代儿茶酚(3, 42 dichlocatecho1s) , 后者可作为苯环裂解酶的基质。
3. 2 脱氯作用
PCBs 的毒性与所含氯的多少密切相关, 一般含氯越多毒性越大, 微生物降解PCBs时涉及脱氯和开环两个方面。不同的微生物有不同的脱氯方式,既有邻位2脱氯和对位2脱氯, 也有间位2脱氯,Van2Dort等首次报道厌氧微生物的邻位脱氯过程, 采用Gc2Ms分析与未消化的产甲烷池沉积物一起培养的2,3,5,6-四氯联苯(2,3,5,6-CB)的代谢产物有2, 5-CB(21% )、2, 6-CB (63% )和2, 3, 6-CB(16% )。
有人观测港湾沉积物中Aroclorl260的还原脱氯发现, 当加入 2,3、4、5-CB 或 2, 3, 5, 6-CB 时, Aroclorl260 的间2脱氯率为 65%、55% , 邻2脱氯率18% , 12%。另外 PCB s 微生物降解过程中加入PCBs 单个同系或FeSO4可以促进其脱氯。
3. 3 开环研究
RefaelBlasco 等报道 42氯联苯可以在假单胞菌LB400 等细菌的作用下, 首先降解为 42氯儿茶酚, 再经过不同途径, 42氯儿茶酚可经过间位或邻位开环, 降解为三氯乙酸、原白头翁素、32氯黏康酸内酯。
3. 4 酶降解机理
一般认为微生物降解二噁英主要是由于微生物产生的酶起作用。例如Halden 等将含有DF4, 4а-双加氧酶的单胞菌(S.phingomonas sp. )RWl加入到填充土壤的实验生态系统中, 发现该菌能有效降解氧芴、二苯-p-二噁英(DD)和 2-氯二苯-p-二噁英(22 CDD)。该菌降解这三种毒物的速度和程度与该菌的起始密度和土壤的有机物含量(SOM )有明显的正相关关系。同样能降解二噁英的许多细菌含有不同的酶, 并需要酶底物。目前, 已分离出并应用分子遗传学方法构建了一些含有区域选择性加氧酶的
菌株、能利用憎水的二噁英类化合物作为碳源和能源, 将它们从10 mg/L 降到ug/L 级的低水平, 氯联苯降解(chlorobiphenyl) 为氯安息香酸(chlorobenzoate), 32氯安息香酸(3-chlorobenzoate)由安息香酸盐的 1, 2-加双氧酶作用, 紧接着, 由一个脱氢酶 作用转化为3-氯儿茶酚(3-chlorocatechol), 在苯环裂解酶作用下间位解环, 转化为一个酰基氯化物。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
