降解多環(huán)芳烴（PAHs）微生物研究進展

冀曉瑩 高美麗

（西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 陜西西安 710049）

降解多環(huán)芳烴（PAHs）微生物研究進展

冀曉瑩 高美麗*

（西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 陜西西安 710049）

多環(huán)芳烴（PAHs）是一類有機污染物，來源廣，對人體有害，微生物對環(huán)境中多環(huán)芳烴的降解有一定優(yōu)越性。本文主要從降解微生物種類、影響因素、降解啟動過程方面進行歸納和總結(jié)，針對以往研究工作的不足和存在的問題，指出了今后微生物降解多環(huán)芳烴研究中的重點，以求為研究者、管理者和決策者在應(yīng)用時提供參考。

多環(huán)芳烴 微生物 降解

多環(huán)芳烴（PAHs）是一類分子結(jié)構(gòu)中至少含有兩個苯環(huán)有機分子群體［1］。自然燃燒如火山噴發(fā)、森林大火等以及沉積物成巖過程、生物轉(zhuǎn)化過程、焦油礦坑內(nèi)氣體、未開采的煤、石油等都是PAHs的自然源，除此之外，人類的工業(yè)工藝過程、有機物的缺氧燃燒、垃圾焚燒和填埋、食品制作［2］及直接的交通排放和同時伴隨的輪胎磨損、路面磨損產(chǎn)生的瀝青顆粒和道路揚塵以及頻繁發(fā)生的溢油事件等都可以產(chǎn)生PAHs［3］。

人體通過呼吸、皮膚、食物［2］等直接或間接接觸PAHs后，在體內(nèi)進行濃縮、積累甚至通過食物網(wǎng)將危害放大［4］，在新陳代謝過程中可產(chǎn)生具有誘變性和致癌性的環(huán)氧化合物［5］，具有強烈的致癌性、致畸性、致突變性［6］。降解PAHs是降低其對人類健康威脅的關(guān)鍵，通常自然界中的PAHs通過生物降解、水解、光作用裂解、化學(xué)氧化等方式消除，從而使含量始終保持在一個較低濃度水平上的動態(tài)平衡。但是近些年來，隨著人類生產(chǎn)活動的加劇，環(huán)境中的PAHs大量的增加［7］。微生物在有氧條件［8-9］和無氧條件下［10-11］降解PAHs都有較大的優(yōu)越性，受到越來越多的關(guān)注。

1　降解 PAHs的微生物

降解PAHs的微生物包括原核微生物和真核微生物，其中細菌有乙酸鈣不動桿菌（Acinetobacter calcoaceticus）、反硝化產(chǎn)堿菌（Alcaligenes denitrificans）、惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）、熒光假單胞菌（Pseudornonas fluorescens）、少動鞘氨醇單胞菌（Pseudomonas paucimobitis）、洋蔥假單胞菌（Pseudornonas cepacia）、假單孢菌屬（Pseudomonas sp.）、泡囊假單胞菌（Pseudomonas vesicularis）、摩拉克氏菌屬 （Moraxella sp.）、睪丸酮假單胞菌（Pseudomonas testosteroni）、腎棒桿菌屬（Corynebacteriurn renale）、解環(huán)菌（Cycloclasticus）［12］、分枝桿菌屬（Mycobacterium sp.）、紅球菌屬（Rhodococcus sp.）、蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）、黃桿菌屬（Flavobacterium sp.）、節(jié)桿菌屬（Arthrobacter sp.）、氣單胞菌屬（Aeromonas sp.）、糞產(chǎn)堿菌（Alcaligenes faecalis）、弧菌屬（Vibrio sp.）、不動桿菌屬（Acinetobacter sp.）、微球菌屬（Micrococcus sp.）、諾卡菌屬（Nocardia sp.）、多色節(jié)桿菌（Arthrobacter polychromogenes）、庫克菌屬（Rhodococcus sp.）［13］、葡萄球菌屬（Staphylococcus sp）［14］等，真菌包括灰綠犁頭霉（Absidia glauca）、黑曲霉（Aspergillus niger）、枝霉（Thamnidium anomalum）、蛙糞霉（Basidiobolus ranarum）、產(chǎn)朊假絲酵母（Candida utilis）、膠枝霉屬（Gliocladium sp.）、笄霉屬（Choanephora campincta）、糞殼菌屬（Sordaria irnicola）、接霉（Zygorhynchus moelleri）、雀稗麥角菌（Claviceps paspali）、科克霉科（Cokeromyces poitrassi）、凍土毛霉（Mucor hiemalis）、耳霉屬（Conidiobolus gonimodes）、小銀克漢霉（Cunninghamella bainieri）、卷霉屬（Circinella sp.）、雅致小克銀漢霉（Cunninghamella elegans）、翅孢殼屬（Emericellopsis）、盤多毛孢屬（Pestalotia sp.）、梗米小銀克漢霉（Cunninghamella japonica）、吉爾霉春蓼屬（Gilbertella persicaria）、卷枝霉（Helicostylum piriforme）、絲壺菌屬（Hyphochytrium catenoides）、Sminium culicis、球梳霉屬（Linderina pennispora）、黑附球（真）菌（Epicoccum nigrum）、Smittium culisetae、粗糙鏈孢霉（Neurospora crassa）、圓弧青霉（Peniciuium-chrysogenum）、Smittium simulii、斑褶菇屬（Panaeolus cambodginensis、Panaeolus subbatteatus）、Phlyctochytrium reinboldtae、疫霉屬（Phytophthora cinnamomi）、布拉克須霉（Phycomyces blakesleeanus）、Rhizophlyctis harderi、共頭霉（Syncephalastrum racemosum）、寄生水霉（SaproIegnia parasitica）、Rhizophlyctis rosea、光蓋傘屬（Psilocybe cubensis、Psilocybe strictipes）、稻根霉菌（Rhizopus oryzae）、釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、匍莖根霉菌（Rhizopus stotonifer）、亞黑管菌（Bjerkandera sp.）、枝瑚菌屬（Ramaria sp.）、變色栓菌（Trametes versicolor）、白腐菌（Phanerochaete chrysosporium）、立枯絲核菌（Rhizoctonia sotani）、赭曲霉（Aspergillus ochraceus）、煙管菌（Bjerkandera adusta）、被孢霉疣（Mortierella verrucosa）、糖念珠菌（Candida maltosa）、青霉屬（Penicillium sp.）、熱帶念珠菌（Candida tropicalis）、木霉菌（Trichoderma viride）［15］，此外，還有顫藻屬（Oscillatoria sp.）、微鞘藻（Microcoleuschthonoplastes）、舟形藻屬（Navicula sp.）、念珠藻屬（Nostoc sp.）、魚腥藻屬（Anabaena sp）、隱球藻（Aphanocapsa sp.）、Agmenellum quadruplicatum、Coccochloris elabens、雙眉藻屬（Amphora sp.）、小球藻（Chlorella-sorokiniana）、自養(yǎng)小球藻（Chlorella autotrophica）、針桿藻屬（Synedra sp.）、杜氏藻（Dunaliella tertiolecta）、衣藻（Chlamydomonas angulosa）、尼采藻（Nitzschia sp.）、裂片石莼（Ulva fasciata）、柱藻屬（Cylindrotheca sp.）、紫球藻（Porphyridium cruentum）、月牙藻（Selenastrum capricornutum）等藻類生物，以及放線菌、厚壁菌、變形菌、擬桿菌［16］。

已有研究表明，不同PAHs降解菌群內(nèi)的微生物在降解過程中能相互協(xié)作，發(fā)揮穩(wěn)定且高效的降解作用［17］。此外，微生物也可以寄生于植物中來降低環(huán)境污染［18］。

3　微生物降解 PAHs的影響因素

3.1生物因素

生物因素包括微生物對PAHs的降解性、微生物適應(yīng)性及其他存在于該環(huán)境中的生物。不同微生物降解PAHs所需酶類的表達量和活性不同，導(dǎo)致降解能力有差異。要想提高微生物的降解性能，傳統(tǒng)方法是對降解菌進行馴化、培養(yǎng)、富集、分離、鑒定最后測試的復(fù)雜程序［19］，隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將不同基因組裝到同一3.2非生物因素

生物體，從基因?qū)用嫣岣呙副磉_量或催化活性，進而提高菌種降解譜成為有效手段，但其應(yīng)用受限制［20］。

非生物因素包括：①環(huán)境因子，環(huán)境因子包括溫度、PH、含氧量、是否有化學(xué)品接觸暴露、環(huán)境毒性（有機和重金屬污染物）等，其中溫度是影響降解速率的重要因素之一。較高溫度下PAHs溶解使得分子生物利用度顯著增加［21］，而且細菌代謝隨著溫度的升高也在增加［22］。②PAHs特性，PAHs的微生物降解率與PAHs分子量［23］、脂水分配系數(shù)成正相關(guān)，與水溶性成反相關(guān)關(guān)系。③其他因素如電子受體［24］、生物表面活性劑、生物乳化劑［25］。

3.3PAHs降解因素的優(yōu)化

不同PAHs的降解受各因素影響程度略有差異［26］，降解同種PAHs的不同細菌對環(huán)境影響因子的敏感性和耐受性也不同［27］，在PAHs優(yōu)化降解環(huán)境或條件方面，需要綜合考慮生物與非生物因素，雖然混合培養(yǎng)物比單一純培養(yǎng)物顯示更高的降解效率［28］，但有些情況下，可能會由于不適當(dāng)?shù)墓铝⒒蚧旌蠈?dǎo)致所有分離菌株混合物的降解效果可能會與單一菌種的降解效果一樣不理想［29］。

4　研究展望

微生物降解PAHs處理過程消耗低、成本低，處理條件要求低，環(huán)境影響小，無二次污染，可最大限度地降低PAHs的濃度，是最受歡迎的修復(fù)PAHs污染位點方法。雖然發(fā)現(xiàn)很多可被微生物降解的PAHs，也分離出大量PAHs降解微生物，但已知的能獨自將高分子量PAHs完全礦化的微生物種類有限，且降解過程受地理位置、環(huán)境因素、生物因素制約。此外，污染位點的PAHs呈混合體存在，對降解菌有一定的限制作用，其相互影響機制目前還不清楚，需要進一步研究。清楚地了解微生物降解PAHs機制，有效地評估本土微生物群體對污染位點PAHs的降解潛力，高效地開發(fā)PAHs修復(fù)技術(shù)和方法并將其運用到室外污染體系，將成為今后的研究重點。

［1］李新榮， 趙同科， 于艷新， 張成軍， 李鵬， 李順江. 北京地區(qū)人群對多環(huán)芳烴的暴露及健康風(fēng)險平價［J］農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報， 2009， 28（8）： 1758-1764.

［2］毛健， 駱永明， 滕應(yīng)， 等. 高分子量多環(huán)芳烴污染土壤的菌群修復(fù)研究［J］.土壤學(xué)報， 2010， 47（1）： 163-166.

［3］Leahy J G， Colwell R R. Microbial degradation of hydrocarbons in the environment［J］. Microbiol Rev. 1990， 54： 305 315

［4］李賀. 微生物對高分子量多環(huán)芳烴苯并芘的降解研究. 延安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） . 2013， 23（1）： 58-61

［5］ Manilal V B， Alexander M. Factors affecting the microbial degradation of phenanthrene in soil［J］. Appl. Microbiol. Biotechnol， 1991， 35： 401-405.

X172

A

1674-2060（2016）05-0014-02

陜西省自然科學(xué)基金（2014JQ4136）

冀曉瑩（1991-），女，漢，山西，西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，碩士在讀，研究方向：生態(tài)毒理。