- 文献综述(或调研报告):
多环芳烃(PAHs)与有机物质不完全燃烧过程中发生的挥发性燃烧相有关。多环芳烃是在环境中普遍存在的有机污染物,由于其特殊的稠合芳香环而具有毒性。此外,16种优先控制的多环芳烃疑是急性和慢性的致癌物质。多环芳烃是具有化学排列的亲脂性化合物,在环境中具有稳定性和持久性。多环芳烃倾向于在土壤,沉积物和污水污泥中积累。
进入自然界中的多环芳烃有很多种归宿,例如挥发、光氧化、化学氧化、生物积累、土壤吸附和微生物降解等,大量的研究证明微生物降解是去除环境中多环芳烃的最主要途径[1]。由于多环芳烃在土壤中存留的时间比较长,许多微生物经过自然驯化,就能以多环芳烃作为碳得以生长和繁殖。微生物直接将PAHs转化为CO2和H2O,或者转化成水溶性较高、容易降解的化合物,从而最大限度的减少多环芳烃对环境中的影响[2]。
1.PAHs的微生物降解机制
微生物通过2种方式对PAHs进行代谢。
1.1以PAHs作为唯一的碳源和能源。
研究证实许多微生物能以土壤中的分子量PAHs(双环或三环)作为唯一的碳源和能源,并将其完全无机化[3]。在多环芳烃的诱导下 ,在微生物分泌的单加氧酶或双加氧酶的催化作用下 ,把氧加到苯环上 ,形成C - O 键 ,再经过加氢、脱水等作用使 C - C 键断裂 ,苯环数减少。其中细菌产生双加氧酶 ,真菌产生单加氧酶。不同的途径有不一样的中间产物 ,邻苯二酚是常见的中间产物 ,具体的化合物依赖于羟基组的位置 ,有正、对或其他。邻苯二酚又有邻位和间位两种代谢途径[17]。代谢过程会产生 :顺 ,顺-己二烯二酸、酮己二酸、丁二酸或 2-羟基己二烯酸半醛、2-酮-4-戊烯酸、丙酮酸与乙醛等,它们都能被微生物合成细胞蛋白 ,最后产物是二氧化碳和水。以这种方式代谢PAHs的细菌有:气单胞菌属(Aeromonas)、芽胞杆菌属(Bacillus)、拜叶林克氏菌属(Beijerinckia)、棒状杆菌属(Corynebacterium)、蓝细菌属(Cyanobacteria)、黄杆菌属(Flavobacteria)、微球杆菌属(Micrococcus)、分枝干菌属(Mycobacterium)、诺卡氏菌属(Nocardio)、假单胞菌属(Pseudomonas)、红球菌属(Rhodococcus)、弧菌属(Vibrio)。四环和多环的PAHs的可溶性差,比较稳定,难以降解,最近已从受污染土壤中分离出少数能矿化四环PAHs并一起作为唯一碳源和能源的细菌。能降解芘和的为一种红球菌(Rhodococcus);能降解荧蒽的为微动假单胞菌(Pseudomonas paucimobilis)和脱氮产碱菌(Alcaligenes denitrificans)。
1.2将PAHs与其它有机质进行共代谢(或共氧化)。
共代谢(cometabolism)是指微生物利用一种容易降解的有机物质作为支持其自身生长繁殖的营养物质,同时降解另一种物质,但微生物不能从后一种物质的降解和转化中获得能量、碳源或其它的任何营养物质[2]。微生物以共代谢方式降解有机物可能有以下几个原因:一是因为缺少进一步降解的酶系;二是由于中间产物的抑制作用;三是需要另外的基质诱导代谢酶或提供细胞反应中不能充分供应的物质。对于四环及四环以上的多环芳烃大多数微生物多采用共代谢的方式进行降解[3]。
1.3好氧降解
细菌对PAHs好氧降解的第一步是将两个氧原子直接加到芳香核上,催化这一反应的酶被称作PAHs双氧化酶,这是由还原酶、铁氧还蛋白、铁硫蛋白组成的酶复合物,在该酶的作用下 PAHs转变成顺式二氢二醇,后者进一步脱氢生成相应的二醇,然后环氧化裂解,而后进一步转化为儿茶酚或龙胆酸,彻底降解[3]。
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