影响污染物(wù)降解的生物(wù)因素可(kě)以大體(tǐ)从三方面分(fēn)析下:
一、有(yǒu)机物(wù)结构与生物(wù)可(kě)降解性
生物(wù)降解有(yǒu)机物(wù)的难易程度与有(yǒu)机物(wù)的结构特征有(yǒu)很(hěn)大的关系。
首先,有(yǒu)机物(wù)生物(wù)降解的机理(lǐ)是:
1、水中溶解的有(yǒu)机物(wù)能(néng)否扩散穿过细胞壁,是由分(fēn)子的大小(xiǎo)和溶解度决定的。目前认為(wèi)低于12个碳原子的分(fēn)子一般可(kě)以进入细胞。至于有(yǒu)机物(wù)分(fēn)子的溶解度则由亲水基和疏水基决定的,当亲水基比疏水基占优势时,其溶解度就大。
2、不溶于水的有(yǒu)机质,其疏水基比亲水基占优势,代謝(xiè)反应只限于生物(wù)能(néng)接触的水和烃的界面处。尾端的疏水基溶进细胞的脂肪部分(fēn)并进行β-氧化。有(yǒu)机物(wù)以这种形式从水和烃的界面处被逐步拉入细胞中并被代謝(xiè)。微生物(wù)和不溶的有(yǒu)机物(wù)之间的有(yǒu)限接触面,妨碍了不溶解化合物(wù)的代謝(xiè)速度。
3、有(yǒu)机物(wù)分(fēn)子中碳支链对代謝(xiè)作用(yòng)有(yǒu)一1定影响。一般情况下,碳支链能(néng)够阻碍微生物(wù)代謝(xiè)的速度,如正碳化合物(wù)比仲碳化合物(wù)容易被微生物(wù)代謝(xiè),叔碳化合物(wù)则不易被微生物(wù)代謝(xiè)。这是因為(wèi)微生物(wù)自身的酶须适应链的结构,在其分(fēn)子支链处裂解,其中简单的分(fēn)子先被代謝(xiè)。叔碳化合物(wù)有(yǒu)一对支链,这就要把分(fēn)子作多(duō)次的裂解。具體(tǐ)来说,结构简单的有(yǒu)机物(wù)一般先降解,结构复杂的一般后降解。
二、共代謝(xiè)作用(yòng)
共代謝(xiè)的概念:有(yǒu)一类物(wù)质称為(wèi)外生物(wù)质或异生物(wù)质,是指一些天1然条件下并不存在的由人工合成的化學(xué)物(wù)质,例如杀虫剂,杀菌剂和除草(cǎo)剂等,其中许多(duō)有(yǒu)易被各种细菌或真菌降解,有(yǒu)些则需添加一些有(yǒu)机物(wù)作為(wèi)初级能(néng)源后才能(néng)降解,这一现象称為(wèi)共代謝(xiè)。
共代謝(xiè)过程不但提出了一种新(xīn)的代謝(xiè)现象 ,而且已被作為(wèi)一种生化技术在芳香族化合物(wù)生物(wù)解研究中得到应用(yòng)。G ihon等以共代謝(xiè)為(wèi)手段 ,分(fēn)离和确定了卤代苯和对氯甲1苯的假单胞菌的氧化产物(wù) ,这有(yǒu)助于研究氧进入芳香环的机制。F ocht和Alexander等应用(yòng)共代謝(xiè)技术建立了 DDT的环断裂机制。
Horvath 利用(yòng)共代謝(xiè)反应步骤少的优点 ,分(fēn)别确定了 2 ,3 ,6 — 三氯1苯甲酸降解过程中所含的氧化、 脱氢和脱卤反应 ,从而发现了无色杆菌代謝(xiè)2 ,3 ,6 — 三氯1苯甲酸的途径。Hanne、 Jaakko、 Woods、 Mary 等利用(yòng)厌氧反应器中存在共代謝(xiè)的原理(lǐ) ,通过添加初级基质来处理(lǐ)含氯酚的废水 ,使氯酚这种有(yǒu)毒的 “难降解物(wù)质” 得到生物(wù)净化。
现代的环境污染迫切需要人们更充分(fēn)地利用(yòng)微生物(wù)的降解活性 ,不幸的是有(yǒu)些化合物(wù)含有(yǒu)高度抗酶分(fēn)解的结构元素或取代基。尽管环境微生物(wù)具有(yǒu)逐渐进化、 适应的功能(néng) ,但酶催化途径的自然进化需要多(duō)种基因成分(fēn)的改变 ,速度很(hěn)慢 ,不能(néng)适应现代环境保护的要求。通过共代謝(xiè)等各种生物(wù)技术的应用(yòng) ,在搞清微生物(wù)降解环境污染物(wù)的能(néng)力和途径的基础上 ,应用(yòng)现代基因工程技术 ,扩展微生物(wù)酶对基质的专一性和代謝(xiè)途径 ,更有(yǒu)效地处理(lǐ)和降解各种污染物(wù) ,更好地保护环境。
三、影响微生物(wù)降解的环境因素
生物(wù)降解是微生物(wù)对物(wù)质特别是环境污染物(wù)的分(fēn)解作用(yòng)。它和传统的分(fēn)解在本质上是一样的,但又(yòu)有(yǒu)分(fēn)解作用(yòng)所没有(yǒu)的新(xīn)的特征(如代謝(xiè),降解等),因此可(kě)视為(wèi)分(fēn)解作用(yòng)的扩展和延伸。
从生物(wù)降解的定义我们可(kě)以明白,微生物(wù)的生長(cháng)对生物(wù)降解有(yǒu)着至关重要的作用(yòng)。所以,我将从影响微生物(wù)生長(cháng)的因素来讨论影响生物(wù)降解的因素。影响微生物(wù)生長(cháng)的因素重要的是营养条件、温度、PH值、需氧量、有(yǒu)毒物(wù)质,土壤湿度、盐度及吸附作用(yòng)和沉积物(wù)污染物(wù)被其他(tā)物(wù)质所吸附形成络和物(wù)。
1、营养条件
营养物(wù)对微生物(wù)的作用(yòng)是:提供合成细胞物(wù)质时所需要的物(wù)质;作為(wèi)产能(néng)反应的反应物(wù),為(wèi)细胞增長(cháng)的生物(wù)合成反应提供能(néng)源;充当产能(néng)反应所释放電(diàn)子的受氢體(tǐ)。所以微生物(wù)所需要的营养物(wù)质必1须包括组成细胞的各种元素和产生能(néng)量的物(wù)质。微生物(wù)种类繁多(duō),各种微生物(wù)要求的营养物(wù)质亦不尽相同,根据对营养要求的不同,可(kě)将微生物(wù)分(fēn)為(wèi)特定的种类。
根据所需碳的化學(xué)形式,微生物(wù)可(kě)分(fēn)為(wèi):自养型和异养型;根据所需的能(néng)源,微生物(wù)可(kě)分(fēn)為(wèi):光营养型和化能(néng)营养型。
2、温度对生物(wù)降解的影响
温度对微生物(wù)具有(yǒu)广泛的影响,不同的反应温度,就有(yǒu)不同的微生物(wù)和不同的生長(cháng)规律。从微生物(wù)总體(tǐ)来说,生長(cháng)温度范围是0~80℃。根据各类微生物(wù)所适应的温度范围,微生物(wù)可(kě)分(fēn)為(wèi)高温性(嗜热菌)、中温性、常温性和低温性(嗜冷菌)四类。
微生物(wù)的全部生長(cháng)过程都取决于化學(xué)反应,而这些反应速率都受温度的影响。在低生長(cháng)温度和适温度范围内,若反应温度升高,则反应速率增快,微生物(wù)增長(cháng)速率也随之增加,处理(lǐ)效果相应提高。
3、PH值
微生物(wù)的生化反应是在酶的催化作用(yòng)下进行的,酶的基本成分(fēn)是蛋白质,是具有(yǒu)离解基团的两性電(diàn)解质.PH值对微生物(wù)生张繁殖的影响體(tǐ)现在酶的离解过程中,電(diàn)离形式不同,催化性质也就不同;此外,酶的催化作用(yòng)还决定了基质的電(diàn)离状况,PH值对基质電(diàn)离状况的影响也进而影响到酶的催化作用(yòng)。一般认為(wèi)PH值是影响酶的活性的重要因素之一。
在生物(wù)降解过程中,一般细菌、真菌、藻类和原生动物(wù)的PH值适应范围在4~10之间。在生物(wù)降解中,保持微生物(wù)的适pH范围是十分(fēn)重要的。否则,将对微生物(wù)的生長(cháng)繁殖产生不良影响,甚至会造成微生物(wù)死亡,破坏生物(wù)降解的正常进行。
4、溶解氧
根据微生物(wù)对氧的要求,可(kě)分(fēn)為(wèi)好氧微生物(wù)、厌氧微生物(wù)及兼性微生物(wù)。
好氧微生物(wù)在降解有(yǒu)机物(wù)的代謝(xiè)过程中以分(fēn)子氧作為(wèi)受氢體(tǐ),如果分(fēn)子氧不足,降解过程就会因為(wèi)没有(yǒu)受氢體(tǐ)而不能(néng)进行,微生物(wù)的正常生長(cháng)规律就会受到影响,甚至被破坏。
而厌氧微生物(wù)对氧气很(hěn)敏感,当有(yǒu)氧存在时,它们就无法生長(cháng)。这是因為(wèi)在有(yǒu)氧存在的环境中,厌氧微生物(wù)在代謝(xiè)过程中由脱氢酶所活化的氢将与氧结合形成H2O2,而厌氧微生物(wù)缺乏分(fēn)解H2O2的酸,从而形成H2O2积累,对微生物(wù)细胞产生毒害作用(yòng)。所以使用(yòng)厌氧微生物(wù)降解时要注意隔绝空气。
5、有(yǒu)毒物(wù)质
在被降解物(wù)质中有(yǒu)时存在着对微生物(wù)具有(yǒu)抑制和杀害作用(yòng)的化學(xué)物(wù)质。有(yǒu)毒物(wù)质对微生物(wù)的毒害作用(yòng),主要表现在使细菌细胞的正常结构遭到破坏以及使菌體(tǐ)内的酶变质,并失去活性。有(yǒu)毒物(wù)质可(kě)分(fēn)為(wèi):①重金属离子(铅、铜、铬、砷、铜、铁、锌等);②有(yǒu)机物(wù)类(酚、甲醛甲醇、苯、氯1苯等);③无机物(wù)类(硫化物(wù)、氰1化钾、氯化钠、硫酸根、硝酸根等)。有(yǒu)毒物(wù)质对微生物(wù)产生毒害作用(yòng)有(yǒu)一个量的概念,即达到一1定浓度时显示出毒害作用(yòng),在允许浓度以内,微生物(wù)则可(kě)以承受。
盐度(嗜盐菌和耐盐菌,不同环境微生物(wù)的适应性)和吸附作用(yòng)和沉积物(wù)污染物(wù)被其他(tā)物(wù)质所吸附形成络和物(wù)等因素也会影响降解。
综上所述,有(yǒu)机物(wù)结构、共降解作用(yòng)和影响微生物(wù)降解的环境因素,是影响污染物(wù)的生物(wù)降解的主要因素。
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