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1、微生物降解多氯联苯的研究进展微生物降解多氯联苯的研究进展1主要内容主要内容多氯联多氯联苯简介苯简介微生物对多微生物对多氯联苯的降解氯联苯的降解存在问存在问题及展望题及展望来源性质污污染染状状况况好好氧氧降降解解厌厌氧氧降降解解好好厌厌氧氧协协同同作作用用来来源源性质性性质质好好氧氧降降解解厌厌氧氧降降解解好好厌厌氧氧协协同同作作用用好好氧氧降降解解2多多氯氯联联苯苯简简介介（一）（一）PCBs的性质的性质（二）（二）PCBs的来源的来源（三）（三）PCBs的污染状况的污染状况3（一）多氯联苯的性质（一）多氯联苯的性质 多氯联苯（多氯联苯（polychlorinated biphenyls，简称
2、，简称PCBs）是指以联苯作为碳骨架，骨架上的氢被）是指以联苯作为碳骨架，骨架上的氢被1-10个氯原子所取代而形成的一系列的同类物，理论上共个氯原子所取代而形成的一系列的同类物，理论上共有有209种异构体，分子通式为种异构体，分子通式为C12H10-nCln。结构图如。结构图如下下：4（一）多氯联苯的性质（一）多氯联苯的性质 多氯联苯是一类人工合成的持久性有机多氯联苯是一类人工合成的持久性有机污染物，因而具有持久性有机污染物的基污染物，因而具有持久性有机污染物的基本特性，即持久性，生物累积性，长距离本特性，即持久性，生物累积性，长距离大气传输性，毒性。大气传输性，毒性。5（二）（二） 多氯联苯
3、的来源多氯联苯的来源 在环境中无已知的在环境中无已知的PCBs天然来源，而环境中天然来源，而环境中PCBs总含量的总含量的99%以上都存在于土壤中。土壤中以上都存在于土壤中。土壤中PCBs主要来源于大气中吸附主要来源于大气中吸附PCBs颗粒物的沉降，颗粒物的沉降，少量来源于填埋物渗漏、电容器、变压器少量来源于填埋物渗漏、电容器、变压器PCBs泄泄露、农药和作为肥料的活性污泥等。因此蒸发、渗露、农药和作为肥料的活性污泥等。因此蒸发、渗漏、废弃是其主要来源。漏、废弃是其主要来源。6（三）（三）PCBs的污染状况的污染状况 PCBs具有亲脂憎水性，它在机体具有亲脂憎水性，它在机体内有很强的蓄积性，并
4、通过食物链内有很强的蓄积性，并通过食物链逐渐被富集。逐渐被富集。PCBs的特性使之能远的特性使之能远程迁移，从北极的海豹到南极的海程迁移，从北极的海豹到南极的海鸟蛋、以及从美国、日本和瑞典等鸟蛋、以及从美国、日本和瑞典等国的人乳中均监测出了国的人乳中均监测出了PCBs，甚至，甚至在海拔几千米的西藏南迦巴凡峰上在海拔几千米的西藏南迦巴凡峰上也检测出了也检测出了PCBs。7（三）（三）PCBs的污染状况的污染状况 我国我国PCBs的生产总量达万余吨，其在环的生产总量达万余吨，其在环境中的污染分布状况为：东部沿海地区及境中的污染分布状况为：东部沿海地区及东北重工业区占东北重工业区占PCBs总量的总量
5、的45.2%，中部，中部地区占地区占35.7%，西部地区占，西部地区占19.1%。 8 微微生生物物对对多多氯氯联联苯苯的的降降解解（一）（一） 好氧降解作用好氧降解作用（二）厌氧降解作用（二）厌氧降解作用（三）好氧（三）好氧-厌氧协同厌氧协同 作用作用9（一）好氧降解作用（一）好氧降解作用 好氧生物降解包括两种方式，一种是矿化，好氧生物降解包括两种方式，一种是矿化，一种是共代谢。大部分氯取代的联苯只能通一种是共代谢。大部分氯取代的联苯只能通过共代谢的方式被转化。过共代谢的方式被转化。 好氧过程能将好氧过程能将5个氯以下低氯含量的个氯以下低氯含量的PCBs氧化为氯代苯甲酸，但很难降解高氯含量的
6、氧化为氯代苯甲酸，但很难降解高氯含量的PCBs。101.共代谢降解共代谢降解PCBs 的微生物类群的微生物类群 到现在为止，人们已经在无色杆菌属、不动杆菌属、到现在为止，人们已经在无色杆菌属、不动杆菌属、产碱杆菌属、节杆菌属、假单胞菌属、白腐菌属中发产碱杆菌属、节杆菌属、假单胞菌属、白腐菌属中发现能够降解氯代芳烃的菌株。现能够降解氯代芳烃的菌株。 主要的好氧降解菌有伯克霍尔德氏菌，红球菌，粪产主要的好氧降解菌有伯克霍尔德氏菌，红球菌，粪产碱假单胞菌，真养产碱杆菌，不动杆菌，节杆菌，耐碱假单胞菌，真养产碱杆菌，不动杆菌，节杆菌，耐寒假单胞菌，产碱杆菌等等。寒假单胞菌，产碱杆菌等等。PCB降解真菌
7、主要是白降解真菌主要是白腐真菌腐真菌 ，还有一些丝状真菌和酵母，还有一些丝状真菌和酵母 。11 这几年也不断有新的降解菌被分离，如这几年也不断有新的降解菌被分离，如MS3-02，它可以在不加联苯的培养基中降，它可以在不加联苯的培养基中降解解PCBs，联苯的加入反而有阻碍作用；，联苯的加入反而有阻碍作用；IR08，可以利用，可以利用4，4-二氯联苯为碳源进行二氯联苯为碳源进行生长，且利用能力高于联苯；生长，且利用能力高于联苯；Cam-1，IA3-A，可低温共代谢，可低温共代谢PCBs，对低温地区污染，对低温地区污染的修复有一定意义；的修复有一定意义；B2.6，在含，在含PCBs的高的高盐培养基中
8、生长状态良好，盐培养基中生长状态良好，72h的降解率可的降解率可达到达到90%，具有潜在的应用能力。，具有潜在的应用能力。12 徐莉等人（徐莉等人（2010）采用溶液摇瓶实验研究了苜蓿）采用溶液摇瓶实验研究了苜蓿根瘤菌对三氯代联苯单体以及根瘤菌对三氯代联苯单体以及18种多氯联苯混合物种多氯联苯混合物的降解转化能力。实验证明，苜蓿根瘤菌能够转化的降解转化能力。实验证明，苜蓿根瘤菌能够转化降解多种降解多种PCBs，特别是低氯的，特别是低氯的PCBs同系物。在对同系物。在对2，4，4-TCB的转化过程中，随着底物浓度的增加，的转化过程中，随着底物浓度的增加，根瘤菌的降解效率不断增加，最高达到了根瘤菌
9、的降解效率不断增加，最高达到了98.5%。 13 史舜燕等人（史舜燕等人（2012）采用富集培养的方法从）采用富集培养的方法从PCBs污染土壤中筛选到污染土壤中筛选到1 株高效降解株高效降解 PCBs 的细的细菌，命名为菌，命名为 PS-11，此菌株属于嗜麦芽寡养单胞，此菌株属于嗜麦芽寡养单胞菌。结果表明，菌株菌。结果表明，菌株 PS-11 对对 2mgL-1PCB52 4d的降解率为的降解率为31. 1% ，7d的降解率可达的降解率可达52. 9%;；对难降解的高氯联苯对难降解的高氯联苯 PCB153 7d的降解率为的降解率为10. 9%，在生物修复多氯联苯污染土壤方面具有一定，在生物修复多
10、氯联苯污染土壤方面具有一定的应用前景。的应用前景。 142.2.好氧菌的共代谢途径好氧菌的共代谢途径I.PCB；II.2，3-二氢二醇二氢二醇PCB；III.2，3-二羟基二羟基PCB；IV.2-羟羟基基-6-氧氧-6-氯苯基氯苯基-2，4-己二烯酸；己二烯酸；VI.氯代苯甲酸；氯代苯甲酸；V.2-羟基羟基-2，4-二烯戊酸二烯戊酸15（二）厌氧降解作用（二）厌氧降解作用 厌氧降解则是从高氯取代的同系物中通过催厌氧降解则是从高氯取代的同系物中通过催化还原脱氯，即把高氯代同系物变成低氯代同化还原脱氯，即把高氯代同系物变成低氯代同系物。系物。 通常，大部分降解菌都是只能脱间位和对位通常，大部分降解
11、菌都是只能脱间位和对位的氯，能够脱邻位氯的较少的氯，能够脱邻位氯的较少。16 目前还没有分离出能够厌氧脱氯目前还没有分离出能够厌氧脱氯PCBs的的单一菌株，也没有单一菌株，也没有PCBs脱氯酶的相关研究被脱氯酶的相关研究被报道，不过某些研究发现经常作为厌氧微生报道，不过某些研究发现经常作为厌氧微生物辅酶的维生素物辅酶的维生素B12可以催化某些可以催化某些PCBs同类同类物的脱氯。物的脱氯。（二）厌氧降解作用（二）厌氧降解作用17（三）好氧（三）好氧-厌氧协同作用厌氧协同作用 好氧氧化和厌氧还原协同作用好氧氧化和厌氧还原协同作用主要是先对主要是先对PCBs污染点进行厌氧污染点进行厌氧保温，还原脱
12、氯将高氯保温，还原脱氯将高氯PCBs转化转化为低氯取代物，再用好氧降解过为低氯取代物，再用好氧降解过程将低氯程将低氯PCBs氧化。这种联合处氧化。这种联合处理方法使高氯理方法使高氯PCBs降解速率大大降解速率大大提高，而且是最有希望彻底降解提高，而且是最有希望彻底降解高氯高氯PCBs的生物降解方法。的生物降解方法。18 美国美国EPA曾在曾在Gary（美国印地安那州一（美国印地安那州一城市）利用好氧一厌氧联合降解方法对一特城市）利用好氧一厌氧联合降解方法对一特殊试验场底泥中的殊试验场底泥中的PCBs进行降解，在加入进行降解，在加入采自市政污水处理厂的厌氧污泥后再引入好采自市政污水处理厂的厌氧污
13、泥后再引入好氧降解菌，然后定期翻耕。经过氧降解菌，然后定期翻耕。经过4-9个月的个月的培养，初始浓度为培养，初始浓度为500mg/kg和和140mg/kg的的PCBs同系物分别降解了同系物分别降解了75%和和25% 。（三）好氧（三）好氧-厌氧协同作用厌氧协同作用19存存在在问问题题及及展展望望 尽管生物降解尽管生物降解PCBs方法的研究有很方法的研究有很多多,但大多限于实验室阶段，这是由于：但大多限于实验室阶段，这是由于： 许多微生物在实验室中的降解率很高，许多微生物在实验室中的降解率很高，但实际应用降解率则降低。但实际应用降解率则降低。 对对PCBs降解的了解多限于实验室纯降解的了解多限于
14、实验室纯培养的微生物和单一的培养的微生物和单一的PCBs同系物，但同系物，但大多数的微生物是不能被培养出来的，大多数的微生物是不能被培养出来的，因此不能确定现在已知的能降解因此不能确定现在已知的能降解PCBs的的微生物就是典型的降解菌微生物就是典型的降解菌 。20存存在在问问题题及及展展望望 投放的工程菌往往会因不适应环境而投放的工程菌往往会因不适应环境而数量减少或被固有菌产生的抗菌物质所抑数量减少或被固有菌产生的抗菌物质所抑制制 。 越来越多的证据显示污染物在自然环境越来越多的证据显示污染物在自然环境中的代谢不像我们所熟知的呈纯培养研究中的代谢不像我们所熟知的呈纯培养研究的线性关系，而是经由
15、复杂的代谢网络，的线性关系，而是经由复杂的代谢网络，这个网络包括我们尚未知道的反应，代谢这个网络包括我们尚未知道的反应，代谢物和途径，若干群落个体之间代谢物质的物和途径，若干群落个体之间代谢物质的交换，碳素流的调节，环境中菌群需要的交换，碳素流的调节，环境中菌群需要的理化条件等。理化条件等。21 因此，研究微生物群落多样性，因此，研究微生物群落多样性，发现有效的降解菌群。随着研究的发现有效的降解菌群。随着研究的深入，找到表面活性剂深入，找到表面活性剂-PCBs-微生微生物物-环境之间最有效的连接，再结合环境之间最有效的连接，再结合植物修复和动物修复，进行多种修植物修复和动物修复，进行多种修复技术的耦合，是解决复技术的耦合，是解决PCBs的环境的环境污染问题的关键。污染问题的关键。 存存在在问问题题及及展展望望2223
