多环芳烃生物降解的研究进展 .doc

土壤和地下水中多环芳烃生物降解研究进展 谭文捷，李宗良，丁爱中*，王金生 北京师范大学水科学研究院教育部水沙科学重点实验室，北京 100875 多环芳烃是一类普遍存在于环境中的难降解的危险性“三致”有机污染物。受污染的土壤和地下水中的多环芳烃，生物降解是其归宿的主要途径。研究表明，对于土壤中低分子量多环芳烃类化合物，微生物一般以唯一碳源方式代谢；而大多数细菌和真菌对四环或四环以上的多环芳烃的降解作用一般以共代谢方式开始。文重点论述了多环芳烃的来源、降解多环芳烃的微生物、生物降解机理、影响生物降解的因素以及生物修复方法。今后的研究方向高分子量多环芳烃的降解机理与降解途径，基因工程技术在多环芳烃生物降解方面的应用，以及生物表面活性剂产生的机理及其在实际处理中的应用等。 多环芳烃生物降解土壤地下水生物修复中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2007）0-1310-08多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons，简称PAHs)，是指两个或两个以上苯环以线状、角状或簇状排列的稠环化合物[1]是有机物不完全燃烧或高温裂解的副产物。广泛存在于石油、煤炭中，具有潜在的致畸性、致癌性和基因毒性，且其毒性随着PAHs苯环的增加而增加[2]，其中的苯并芘是已知的具有极强致癌性的有机化合物[3]。由于这类化合物具有极低的水溶性，在环境中很难消除，因此，PAHs被美国环保局和欧共体同时确定为必须要首先控制的污染物，并把其中的种化合物作为环境污染的监测参数[4]。 PAHs的主要来源包括自然源和人为源。PAHs的自然源包括燃烧(森林大火和火山喷发)和生物合成(沉积物成岩过程、生物转化过程和焦油矿坑内气体)；而PAHs人为源来自于工业工艺过程、缺氧燃烧、垃圾焚烧和填埋、食品制作及直接的交通排放和同时伴随的轮胎磨损、路面磨损产生的沥青颗粒以及道路扬尘中[5,6]，其数量随着工业生产的发展大大增加，占环境中多环芳烃总量的绝大部分；溢油事件也成为PAHs人为源的一部分。在自然界中这类化合物存在着生物降解、水解、光作用裂解等消除方式，使得环境中的PAHs含量始终有一个动态的平衡，从而保持在一个较低的浓度水平上，但是近些年来，随着人类生产活动的加剧，破坏了其在环境中的动态平衡，使环境中的PAHs大量的增加。因此，如何加快PAHs在环境中的消除速度，减少PAHs对环境的污染等问题，日益引起人们的注意。 进入自然界中的多环芳烃有很多种可能的归宿，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[7]。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源获取能源得以生长和繁殖。微生物直接将这类化合物转化为CO2和H2O，或者转化成较为简单的水溶性较高、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其它生物的影响。目前，许多报道显示在被煤焦油、杂酚油、木馏油和石油等污染的地方，通过人工富集培养等技术，已经分离出许多能够降解多环芳烃的纯菌或混合菌。不论是细菌、真菌，还是其它生物，它们对 PAHs 的降解都是一个复杂的过程。 Treccani等人[8]在1954年从土壤中分离并鉴定出一株能降解萘的细菌，在此后的半个世纪里，陆续有数以百计的属于不同菌属的PAHs降解菌从不同的环境中被分离和鉴定[9]（表1）。虽然人们从环境中发现的 PAHs降解菌几乎在各个菌属中都有分布，但是目前的研究表明，不同的细菌对不同的PAHs的降解能力存在着很大的差别，假单胞菌是目前发现的降解菌种类最多、降解范围最广的菌属，已发现的假单胞菌可以降解几乎所有的四环以下的 PAHs。 PAHs的生物降解取决于分子化学结构的复杂性和微生物降解酶的适应程度，降解的难易程度与PAHs的溶解度、环的数目、取代基种类、取代基的位置、取代基的数目以及杂环原子的性质有关；而且，不同种类的微生物对各类PAHs的降解机制也有很大差异。近年来研究比较清楚的代谢途径只有萘、菲之类简单的PAHs，四环和四环以上的PAHs的生物降解途径至今仍是研究的热点[62]。 Table 1 PAHs-degrading microorganisms 降解菌 目标污染物 参考文献 Beijernickia sp. 菲, 蒽, 苯并蒽 10, 11, 12 Pseudomonas sp. 萘, 苊, 菲 8, 13, 14, 15, 16 蒽, 荧蒽, 芘, 苯并蒽 17, 18, 19, 20, 21 Aeromonas sp. 菲 22 Mycobacterium sp. 萘, 菲, 蒽, 荧蒽, 芘 23, 24, 25, 26