对多数难以降解的有机污染物来说,共代谢方式是微生物降解这些污染物的主要途径。通过对共代谢基质的选择和环境条件的调控可以优化有机污染物的降解,增强微生物降解有机污染物的能力。那什么是微生物共代谢类型?下面一起来了解下吧。
微生物共代谢类型是什么意思
微生物共代谢类型是指以外源营养物质为碳源和能源代谢非生长基质的方式,也即微生物与营养源和难降解有机污染物的相互作用模式。此外,受限于单一微生物代谢谱的有限范围,单个微生物酶系统难以完全矿化有机污染物,部分中间产物乃至更高毒性物质的降解依赖于其他物种酶系统的代谢功能,这种微生物间的协同作用模式扩展了微生物共代谢现象的涵盖范围。
微生物与底物间互作
微生物与底物间的相互作用就是微生物利用生长基质来刺激代谢难降解有机污染物的过程。生长基质对非生长基质代谢酶类的诱导作用有效提高微生物生物量及其对难降解有机污染物的代谢活性。该种诱导作用多针对于低特异性代谢酶类(单、双加氧酶等)的初始氧化步骤。此外,在非特异性降解酶的利用过程中存在生长基质与有机污染底物的竞争作用。如在研究真菌对污染旱地土壤中苯并芘共代谢降解的过程中,Liu等发现向含有苯并[a]芘的土壤中加入菲,可以明显地提高苯并[a]芘的降解率,但当菲浓度为100 mg/kg时对苯并[a]芘的降解能力明显高于200 mg/kg菲含量的作用效果;而当加入邻苯二甲酸时,苯并[a]芘的去除作用并不明显。由此可见,适合的生长基质的种类和用量是优化共代谢效果的关键因素。而部分有机污染物的代谢酶类只能依靠生长基质的代谢进行诱导,更体现了能源物质在共代谢作用中的重要意义。
菌种间的相互作用
菌种间的相互作用即微生物间的协同作用,广泛存在于自然环境修复过程中,微生物种群相互作用,彼此提供生长因子和代谢刺激物或彼此降解代谢中间产物。在代谢过程中污染物的降解不能产生能量也不能促进微生物的生长,它只是被微生物降解生长基质产生的酶转化成不完全氧化物。此外,不同种属微生物间对代谢中间产物的共代谢利用还有效降低了有毒产物积累的剂量效应,防止酶活性中心离子遭受中间产物破坏,保护了原代谢微生物的酶活性。另外,多种微生物间的相互接触大大增加了不同菌种间接合作用的发生,扩大了菌种的生长机制利用范围,改善严格的共代谢条件,促进有机污染底物的降解,增强了污染物完全矿化的可能性。Dubravka把烷基苯磺酸盐与甲烷培养菌共培养物及一株从该共培养物中筛选分离的降解菌分别培养降解发现,共培养物降解烷基苯磺酸盐不仅效果最好而且降解速率高,而单一菌培养物只能进行初始的氧化。反映了菌种间的相互作用在共代谢过程中起到重要作用,可以促进污染物的降解,减少甚至避免了中间产物毒性的积累。
目前,国内共代谢作用应用于难降解有机污染物治理的研究多集中在实验室阶段,污染场地中的研究案例还不是很普遍。现有的相关报道中,氯代有机物污染的场地生物修复过程中应用到了微生物共代谢作用。台南成功大学和路易斯堡在对TCE污染的场地修复过程中,分别向场地中投加甲苯,有效刺激了微生物的代谢酶系统,提高了TCE的去除效率。因此,有机污染物污染日益严峻,微生物共代谢作用的研究和应用显得十分重要。