有机污染物植物降解过程中微生物作用的探讨

来源:用户上传      作者: 潘凌潇 许吉仁 杨源譞

　　[摘 要]在缺乏植物的情况下单纯利用微生物降解或固化有机污染物的过程称为生物修复,而对有机污染土壤植物修复技术来说,更关注的是有植物存在的条件下微生物降解有机污染物的过程中微生物的作用和地位。本文将着重探讨有机污染物植物降解过程中微生物所起到的作用。
　　[关键词]微生物 植物降解 有机污染
　　
　　一、导言
　　 植物修复有机物有三种机制:直接吸收并在植物组织中积累非植物毒性的代谢物;释放促进化学反应的酶;强化根际(根―土壤界面)的矿化作用,而这个与菌根菌和共生菌有关。微生物在有机污染物植物降解过程中起着重要的作用。研究人员运用菌根能有效降解和转移环境污染物的特点,将其应用到生物修复中。它能解决植物修复的一些问题。植物-菌根-菌根根际微生物是一个复杂的系统,但是可以通过操纵菌际微生物来影响这一系统的降解效果。同时植物的存在也促进了微生物对有机物的降解功能。
　　二、微生物在有机物污染植物降解中的促进作用
　　有机污染物的微生物降解通常是微生物利用有机污染物作为营养源以维持生长与繁殖的结果。有机污染物不仅给微生物提供碳源,他们还为生物获得能量提供电子。
　　关于与有机污染物植物修复有关的微生物群落,需要注意的是根圈中微生物群落的组成和规模取决于植物的种类、植物的年龄和土壤类型。微生物群落场因暴露历史不同而差异悬殊,当土壤微生物群落长时间暴露于某种污染物时,耐污染物的种就会选择性地聚集在一起。某些细菌能降解许多罕见的化合物.如假单胞菌不必先合成大量的酶后再启动降解各种芳香污染物(如甲苯、m-二甲苯、萘)的进程。微生物对有机污染物的降解存在群体效应问题。研究表明,只有当微生物在污染产地组成一个特殊的群体时才能更好地发挥降解污染物的功能。据研究,小麦的根圈中分离出五种细菌能生长和降解除草剂甲氯丙酸[2-(2-methyl4-chlorophenoxy)propionic acid],但降解过程只出现在两种或两种以上细菌组成的一个特殊的群体中,单独一种细菌无法完成降解甲氯丙酸的任务。对微生物群体作用的需求并不是污染物降解的唯一特征,因为许多天然产出的有机分子降解通常涉及到各种微生物的配合或持续不断地作用,最终才能使母体分子及其新陈代谢产物降解。微生物可直接降解吸收于土壤表面的有机污染物而不必经历先稀释后降解的过程,如微生物降解被吸附于土壤表面的有机污染物菲的过程就是如此。这一过程对有机污染物增溶来说意义重大,因为这意味着某些细菌在降解作用发生前不必要求某些污染物先进入水相中。
　　微生物起的另一作用是他们能将污染物的植物毒害降低到某个临界点一下,从而使植物能生存于胁迫的土壤环境,并刺激其他非植物毒害污染物的降解。Walton等提出一个假说,认为植物对污染物的防御可以通过根圈微生物对污染物的外部降解作用得到补充。换句话说,植物与微生物之间共同演化出一种互惠互利的关系以共同对付植物的毒害:植物根际分泌物使微生物受益,而微生物降解有毒化合物的过程又使植物受益。Rasolomanana等研究表明,将石油残渣加入到土壤后,该土壤上种植的水稻长势更好,推测植物长势变好可能与芽孢杆菌属细菌降解石油残渣的作用过程有关,该属细菌能在植物根际分泌物进行新陈代谢的过程中将根圈内的石油残渣分解掉。
　　植物提供了微生物的生境,可向土壤环境释放大量分泌物(糖类、醇类和酸类等),其数量约占光合作用产量的10% 20%,细根的迅速腐解也向土壤中补充了有机碳,这些都加强了微生物矿化有机污染物的速率。如莠去津的矿化与土壤中的有机碳的含量有直接关系;植物根系微生物密度增加,多环芳烃的降解也增加;草原地区的微生物对2-氯苯甲酸的降解率升高了11% 63%。植物为微生物提供生存场所并可转移氧气使根区的好氧转化作用能够正常进行,这也是植物促进根区微生物矿化作用的一个机制。
　　菌根是土壤中真菌菌丝与高等植物营养根系形成的一种联合体。进入20世纪90年代,研究人员运用菌根能有效降解和转移环境污染物的特点,将其应用到生物修复中。它能解决植物修复的一些问题。据报道,VA菌根外生菌丝的重量约占根重的1%~5%。在每1cm长的根表面,外生菌丝的干重量约为3.6。这些外生菌丝能帮助植物从土壤中吸收矿质营养和水分,促进植物生长,提高植物的耐盐、耐旱性。
　　菌根根际既包括菌根的根,也包括从菌根发出浸染周围土壤的外延菌丝的菌丝表面。后者主要与土壤中营养的固定、吸收、转移和植物传递有关,植物已积累的光和产物作为交换。最近,有人看到菌根化的Pinus sylvestris 幼苗的外延菌丝表面有很多联合菌丝,这种延伸的菌丝成分支持了数量庞大的细菌。
　　植物-菌根-菌根根际微生物是一个复杂的系统,不同的组合有不同的特异性效应。然而,可通过操纵菌际微生物来影响这一系统的降解效果。
　　1. 引入外源固氮菌的设想
　　 在油污染土壤中,C/N偏高。当可利用的N下降时,因长碳链的断裂和N的固定而导致对植物的损害增加。C/N是影响微生物活性的一个重要指标。在油污染土壤中,C/N偏高,这使固氮菌占选择优势。可在菌根根际外源固氮菌,利用菌根根际微生态位和分泌物使外源固氮菌在菌根根际微生物中占有一定比例,从而促使这一共同体系的降解能力。
　　2. 引入外源细菌
　　用土著菌代替实验室菌株来进行生物修复,被认为是一个较好的方法,因为后者因竞争力低和适应性差常在田间被淘汰。然而,土著微生物群的代谢潜能对有机污染物的快速和完全降解总是不够的。引入合适的降解基因,使根际某一细菌的降解活性增强,能解决这一问题。在试管中修饰根际细菌或将供体的代谢基因直接转移到根际土著细菌中都是可行的。
　　三、结束语
　　土壤污染的植物修复技术是一项非常有前途的新技术,有许多优点,特别是和其他修复技术相比,费用较低,适合在发展中使用。微生物和植物联合修复技术领域现在也开始不断出现新成果,在治理日益污染的土壤环境领域将会发生巨大的作用。
　　参考文献:
　　[1]唐世荣:1996.利用植物修复重金属污染土壤,环境科学进展,4(6):10~15
　　[2]唐世荣:污染环境植物修复的原理和方法,科学出版社.2006
　　[3]李培军:土壤污染形成机理与修复技术,科学出版社.2005

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