第29卷第2期2013年6月   沧州师范学院学报

Journal of Cangzhou Normal University  Vol.29，No.2 Jun.2013

二恶英降解菌及其降解机理的研究进展

弓爱君，邱丽娜，要如磊，张玮玮，朱  琳

（北京科技大学 化学与生物工程学院，北京 100083）

摘  要：二恶英类化学物质毒性大、性质稳定，难降解，对环境和人体健康造成重大危害.二恶英的微生物降解，成本低，环境污染小，能使资源再生，具有良好的应用前景.对现阶段国内外能降解二恶英的好氧细菌、厌氧细菌、真菌及其降解机理进行了综述，并提出了今后研究的方向.

关键词：二恶英；降解菌；降解机理

中图分类号：X172      文献标识码：A      文章编号：2095-2910(2013)02-0001-08

0  前言

二恶英类化学物质（Dioxin-type Chemicals,DTCs）是指那些能与芳香烃受体（Ah-R）

结合的，并且导致产生各种生物化学变化的一大类物质的总称，主要包括多氯代二苯-并-对-二恶英（Polychlorinated dibenzo-p-dioxins,PCDDs）、多氯代二苯-并-呋喃（Polychlorinated dibenzo-p-dibenzofurances,PCDFs）、共平面多氯联苯（co-planarpolychlorinated biphenyls,Co-PCBs）以及多溴二苯醚类化合物（polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)［1-3］.  二恶英非常稳定，熔点较高，极难溶于水，易在生物体内积累，低剂量下可导致机体产生各种毒性效应［4］，对环境和人类健康具有严重的危害［5-7］.二恶英已经被确认为是一种环境内分泌干扰物（环境激素），它能改变健康生物群体及其子代的内分泌功能，具有强烈的致突变、致癌、致畸作用，同时还具有生殖毒性、免疫毒性和内分泌毒性等［8-9］.二恶英主要来源于城市垃圾燃烧，石油、造纸、化工产品的生产过程，以及汽车尾气的排放［10-11］.

鉴于二恶英会对环境和人体健康造成重大危害，二恶英的降解已经成为当前的研究热点.目前，世界各国对二恶英类化合物的降解做了多方面的研究，传统的处理方法有光降解法［12］、热降解法［13］、化学降解法等［14］.虽然这些方法处理二恶英类化合物有较为突出的效果，分解率高达90%以上，但是需要使用大型的设备和仪器，操作复杂且成本较高.相对而言，二恶英的微生物降解［15］，成本低，环境污染小，能耗低，能使资源再生，具有良好的应用前景.因此，作者就近年来国内外研究者对二恶英的微生物降解方法及作用机理进行了系统的分析和综述.

1  二恶英的微生物降解

二恶英类物质的微生物降解是指在微生物的作用下，二恶英类物质可被分解为CO2和H2O，从而实现降解.根据微生物在处理过程中对氧气要求的不同，可分为需氧微生物降解和厌氧微生物降解.一般而言，需氧微生物对二恶英的降解只限于低氯代二恶英，而对于高氯代二恶英的降解作用并不明显，而厌氧微生物则可通过还原脱氯降解高氯代二恶英.

1.1  好氧细菌微生物降解

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收稿日期：2013-04-10

基金项目：国家自然科学基金重点项目（编号：51131001）和中科院环境化学与生态毒理学国家重点实验室开放基金（编号：KF2010-03）支持的研究项目.

作者简介：弓爱君（1964-），男，河北邢台人，北京科技大学化学与生物工程学院教授，博士，博士生导师.

共基质代谢是指微生物依赖可利用碳源和能源，在正常生长过程中氧化非生长基质的过程.

共基质代谢作用广泛地存在于各种不同类型废水处理过程中，它是一种能有效改善废水生物降解的方法［16］.大部分文献（91%）报道的好氧菌通过共代谢途径降解二恶英.二恶英降解菌共代谢使

用的主要基质是二苯并呋喃、二苯并对二恶英［17］、二苯并吡咯［18］(P3610-3617)、联苯［19］，这些主要基质很可能诱发参与二恶英降解的双加氧酶的生成［20］(P489-499)［21］(P2001-2016).

表1（略）总结了好氧菌降解二恶英的文献数据，主要有假单胞菌属、鞘氨醇单胞菌属、地杆菌属、伯克氏菌属、红球菌属等.

1.2  厌氧细菌还原脱氯

生物降解二恶英的另一种方法是在土壤中加入大量有机质，二恶英的去除模式为厌氧还原脱

氯.Adriaens［29］在厌氧沉积物中对高氯代二恶英进行同位素示踪，首次发现了二恶英的还原脱氯.与在灭菌过的沉积物中的降解相比，高氯代二恶英在原状沉积物中降解的更快，证明了在厌氧沉积物中存在微生物去除机制.

在严重污染的土壤中加入灭过菌的堆肥，作为有机营养物质，接种三个月后PCDD和PCDF减少了22%［25］(P4651-4660).Yoshida［30］通过在被污染的河流沉积物中加入有机酸来降解二恶英，在接种210天后沉积物中PCDD/PCDF去除率达到32%以上的.因为还原脱氯生成的低氯代二恶英随后被好氧菌氧化，所以曝露在空气表面的厌氧微环境最容易发生厌氧还原脱氯.Barkovskii和Adriaens［31］(P4556-4562)［32］在厌氧沉积物污泥中接种5.3mg/L OCDD（八氯代二恶英），7个月后可检测到少量三氯代、二氯代、一氯代二恶英.另外，人们对加到厌氧沉积物中的五氯代、四氯代、三氯代、二氯代二恶英的生物转化以及氯代呼吸细菌的富集培养、纯培养进行研究，结果如表2所示（略）.

1.3  好氧真菌微生物降解

降解氯代二恶英的真菌主要为木腐真菌或白腐真菌，另外还有其他真菌，如波氏假阿利什菌

Pseudallescheria boydii［35］、环醚降解菌冬虫夏草Cordyceps sinensis［36］、灰盖鬼伞菌Coprinus cinereus、燕麦镰孢菌Fusarium avenaceun(Corda,Fries)Saccardo等.目前研究最多的白腐真菌构成了自然界中最重要的生物群，能降解最复杂的聚合物—木质素.白腐真菌用胞外氧化酶引发对木质素的进攻，这些氧化酶包括木质素过氧化物酶(LiP)和锰过氧化物酶(MnP)，具有氧化各种二恶英等外源污染物的能力［37］. ……

2  二恶英的微生物降解机理

对于二恶英的微生物降解，降解微生物不同，其降解的机理也就不同，导致降解产生的中间产物和最终产物都不同.主要包括以下几种降解机理：氧化降解、脱氯降解、开环降解和酶催化降解机理［43］［44］.大部分好氧细菌生物降解2-CDD的降解途径如图1所示（略）. …… 

3         结论

目前降解二恶英的微生物种类较多，每类微生物都有各自的优缺点.好氧细菌降解率较

高，但大多能降解低氯代二恶英.厌氧微生物适于降解高氯代二恶英，但是易产生毒性更强

的中间体，且降解不彻底.真菌类微生物，尤其是白腐真菌，既能降解低氯代二恶英又能降

解高氯代二恶英，且白腐真菌具有菌体外的降解体系,对毒性大的有机污染物质抗性强，能

够生存并将其无机化，能在低氮源、低营养情况下生长，在二恶英降解方面应用前景广阔.

高效降解菌的筛选及其对二恶英降解机理研究是未来研究的方向.