微生物降解DDT的研究進(jìn)展

劉橦昕 葉嫣然

（河南大學(xué)邁阿密學(xué)院 河南開封 475004）

重金屬、農(nóng)藥等嚴(yán)重?fù)p害了環(huán)境，并且污染帶來的影響還在持續(xù)，污染類型也在向復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變[1]。DDT 相對(duì)穩(wěn)定且生物可降解性相對(duì)較弱，屬于環(huán)境里十分多見的相對(duì)復(fù)雜的有機(jī)氯農(nóng)藥類污染物，因此它比簡(jiǎn)單的有機(jī)物更難降解，半衰期也更長。

1 DDT 的毒理性

DDT 曾廣泛在全國范圍內(nèi)使用，但由于它的難降解性和富集性，即使在1983年已禁止使用，現(xiàn)如今我國各個(gè)地區(qū)土壤中的DDT 含量還是嚴(yán)重超標(biāo)。如果DDT 和其他物質(zhì)結(jié)合，造成的危害更大。殘留的DDT 跟隨食物鏈進(jìn)入機(jī)體，不利于機(jī)體健康。動(dòng)物DDT 中毒后，會(huì)表現(xiàn)出對(duì)恐懼的異常敏感性，對(duì)正常的閾下刺激產(chǎn)生劇烈反應(yīng)。隨著中毒次數(shù)的增加，會(huì)產(chǎn)生像士的寧中毒一樣的過敏性，如果保持食物攝入，那么震顫可能持續(xù)數(shù)周或者數(shù)月。DDT 會(huì)導(dǎo)致人體的生殖系統(tǒng)受到影響，生殖能力減弱、行為異常、荷爾蒙紊亂、免疫受限與中樞神經(jīng)及各器官組織的紊亂等[2]。所以，處理被污染的土壤是我們現(xiàn)在需要解決的首要問題。

2 DDT 的微生物修復(fù)方法

現(xiàn)如今，物理法和化學(xué)法的缺點(diǎn)明顯，DDT 土壤修復(fù)重點(diǎn)借助生物法。比如植物修復(fù)、微生物修復(fù)及植物微生物聯(lián)合修復(fù)等三大方式，文章具體說明微生物修復(fù)法的研究情況。

微生物修復(fù)表示微生物通過有機(jī)污染物給僅有碳源與能源，或和別的有機(jī)物質(zhì)開展共代謝等手段完成污染修復(fù)的方式。微生物降解DDT 還包括細(xì)菌與真菌兩大類降解。細(xì)菌降解主要通過還原脫氯降解DDT、脫氯化氫之后開環(huán)降解DDT、直接開環(huán)降解DDT 三大手段。真菌利用還原脫氯手段或借助羥基化反應(yīng)完成DDT 的降解[3]。

2.1 專性降解菌

這類微生物包括在環(huán)境影響下具有降解能力的土著菌，但土著菌有生長緩慢、抗干擾能力弱等特性，對(duì)DDT土壤沒有顯著的修復(fù)作用。潘淑穎了解到，比較在土壤里分離所得的土著微生物來看，白腐真菌更能夠降解土壤[4]，也能夠通過基因工程方式開展培養(yǎng)，但這項(xiàng)技術(shù)是否被應(yīng)用和發(fā)展在國際上還存在爭(zhēng)議。在被DDT 污染的區(qū)域也可獲得對(duì)DDT 有抗性或者有分解能力的微生物。研究人員可在被污染的土壤、污水中分離出專性降解菌或在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)獲得[2]。

現(xiàn)在學(xué)術(shù)界十分關(guān)心污染區(qū)對(duì)專性降解菌的分離。李紅權(quán)等在化工廠收集土樣、分離、篩選好1 株可以于好氧環(huán)境中有相對(duì)可觀的DDT 降解率的菌株DH-7，且進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)該菌株對(duì)DDT 10 d 的降解率是73.6%，改善培養(yǎng)環(huán)境滯后，發(fā)現(xiàn)該數(shù)值提高至 81.4%[3]。Adi Setyo Purnomo 等從牛糞堆肥中分離并鑒定了14 個(gè)真菌菌株，這些真菌在馬鈴薯右旋糖肉湯培養(yǎng)基中，在30 °C 和60 °C 時(shí)均具有很高的降解DDT 的能力[5]。

2.2 植物根際促生菌

植物根系對(duì)于微生物的強(qiáng)化影響表現(xiàn)在給微生物帶來氧氣保障其在根系位置的好氧功能，并給其帶來影響，確保根系的相關(guān)菌群有良好的環(huán)境且促發(fā)對(duì)微生物的降解，提高降解水平[2]。鄭學(xué)昊利用加入根際促生菌與木質(zhì)素對(duì)“鼠李糖脂強(qiáng)化油菜-專性降解菌聯(lián)合修復(fù) DDTs-PAHs 污染土壤”展開調(diào)控，發(fā)現(xiàn)根際促生菌與木質(zhì)素聯(lián)合調(diào)控方式能顯著祛除DDTs，甚至有27.48 %的去除率[6]。

2.3 表面活性劑

表面活性劑表示尾端包括了非極性、疏水性基團(tuán)，頭端包括了極性、親水性基團(tuán)且能夠讓表面張力減小并存在表面活性的物質(zhì)之一。疏水性有機(jī)化合物 DDT 能滲透到非極性內(nèi)核，水體里的溶解水平就會(huì)明顯增強(qiáng)。表面活性劑包括了離子型（陽離子與陰離子）、非離子型、兩性型、復(fù)配型與其他型等各類。且于20世紀(jì)70年代研究所得的生物表面活性劑備受關(guān)注，它一般是由微生物或者植物生長發(fā)育或繁殖過程中培養(yǎng)所產(chǎn)生的[2]。在降解DDT 的過程中，表面活性劑是常常使用的，并且產(chǎn)生了較好的效果。

不同的表面活性劑往往有不一樣的洗脫成效。章瑞英等了解到因?yàn)橄疵撘豪?Tween60 與SDS 質(zhì)量水平不斷增加，土壤里的DDTs 的總洗脫效率慢慢提高，一次性洗脫時(shí)最大洗脫效率各自是43.60 %與34.62 %。土壤里六種DDT的洗脫情況差異明顯，Tween60 對(duì)2,4’-DDD 有55.12 %的洗脫率，而對(duì)4,4’-DDD 可以達(dá)到54.09 %；SDS 對(duì)2,4’-DDD 有 59.99 %的洗脫率，而對(duì)4,4’-DDD 的數(shù)值是57.10 %[8]。這說明一樣的洗脫劑會(huì)對(duì)不一樣的DDT 產(chǎn)生不同的洗脫成效。

2.3.1 表面活性劑能在一定程度上促進(jìn)微生物降解DDT的程度

肖鵬飛等對(duì)非離子表面活性劑Tween60 和陰離子表面活性劑SDS 在單一與聯(lián)合兩大手段降解人工污染黑土里白腐真菌Phlebia lindtneri GB1027 的DDT 的效果進(jìn)行了分析。數(shù)據(jù)顯示Tween60 與SD 對(duì)于DDT 的降解水平均存在相應(yīng)的影響，特別是兩類表面活性劑具有 1.0mg/g 的數(shù)值時(shí)，土壤中里DDT 能夠完成62.9%與53.9%的降解率。Tween60 和SDS 以相應(yīng)比例聯(lián)合之后對(duì)DDT 的去除率次序?yàn)椋篢ween60 -SDS(3:1)＞Tween60 -SDS(2:1)＞Tween60 -SDS(1:1)[11]。

2.3.2 生物表面活性劑

從微生物中獲取的生物表面活性劑也有非常好的洗脫效果。Wang 等發(fā)現(xiàn)化肥+高羊茅，化肥+高羊茅+假單胞菌的去除率分別為59.4%、65.6%，肥料控制（40.3%）[10]。

生物表面活性劑和不同的表面活性劑混合在一起，可以取得更好的降解效果。楊慧娟等使用20 mL 濃度為20 g/L的AGP0810 和皂角苷以及10 mL 濃度為5 g/L 的AGP1214超聲振蕩 30 min，DDT 的去除率為21.79 %～91.63 %[7]。陳蘇等借助混合表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉與吐溫 80（Tween80），份額是2∶3 和生物表面活性劑-鼠李糖脂（RL）當(dāng)成供試表面活性劑，進(jìn)行5 個(gè)月處理的混合表面活性劑-降解菌后發(fā)現(xiàn)H70 +N 對(duì)DDT 的降解率最高，數(shù)值為63.98 %；生物表面活性劑-降解菌的處理中最顯著的是RL20 +N 對(duì)DDT 的降解率為45.64 %；混合表面活性劑-降解菌的處理情況比生物表面活性劑-降解菌好，H70 +N 最優(yōu)秀，為63.98 %[11]。

3 外界環(huán)境對(duì)微生物降解DDT 的影響

在微生物降解DDT 時(shí)，外界環(huán)境不同，對(duì)DDT 的降解效果也會(huì)產(chǎn)生影響，例如pH、溫度、降解時(shí)間、外加碳源物質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu)等方面。

3.1 外加碳源物質(zhì)

在微生物降解過程中，DDT 難以成為唯一提供能源和碳源的物質(zhì)，代謝活動(dòng)所需要的碳源往往需要其他物質(zhì)來提供。植物-微生物共同對(duì)DDT 進(jìn)行降解便屬于利用植物根系分泌物給專性菌的共代謝反應(yīng)帶來足夠的碳源來促進(jìn)DDT 進(jìn)一步降解。Hua 等了解到，加入葡萄糖，將DDT 作為唯一碳源和能源培養(yǎng)出的D6 菌株對(duì)DDT 的降解在統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著增強(qiáng)（p≤0.05）[12]。王婷研究外加藥劑（還原劑和有機(jī)碳源混合物料）和不加藥劑的循環(huán)序批式厭氧-好氧生物堆制技術(shù)對(duì)土壤有機(jī)氯的降解，發(fā)現(xiàn)添加藥劑的DDT降解率為40.38 %，未加藥劑的降解率為31.22 %，降解率提高了9.16 %[13]。潘淑穎等了解到進(jìn)行 DDT 降解的時(shí)候，添進(jìn)有機(jī)質(zhì)當(dāng)成共代謝底物，能夠讓其產(chǎn)生足夠可觀的降解水平[14]。

3.2 pH、溫度和反應(yīng)時(shí)間

在微生物降解DDT 的過程中，不同的pH、不同的溫度和不同的反應(yīng)時(shí)間也會(huì)對(duì)降解效率產(chǎn)生影響。蔣金會(huì)分離所得的高效降解細(xì)菌分析了不一樣的時(shí)間、pH、溫度和底物水平影響細(xì)菌降解水平與生長量的情況。數(shù)據(jù)顯示，這一菌株5 d 可以對(duì) 10 mg·L-1DDT 實(shí)現(xiàn)55.0%的降解率，而對(duì)10 mg·L-1DDE 達(dá)成39.88 %；pH6.0～8.0 有最高的降解率，細(xì)菌的生長量能夠于中性與偏堿性環(huán)境實(shí)現(xiàn)最高水平；底物水平是10 mg·L-1 時(shí)降解率最顯著，細(xì)菌的生長與降解均需合理的溫度，30 環(huán)境中的降解率與生長量[15]最可觀。

3.3 降解菌株的濃度

趙煜坤了解到降解菌與土壤里的菌體水平會(huì)對(duì)其降解農(nóng)藥殘余情況產(chǎn)生明顯作用，降解菌會(huì)因?yàn)橥寥览镛r(nóng)藥殘余數(shù)值減少慢慢消亡。土壤里的降解菌大部分是進(jìn)入土壤里1d 之后消亡的。如此表示通過降解菌劑的土壤農(nóng)藥殘留原位生物修復(fù)作用最顯著[16]。

3.4 土壤

土壤也會(huì)對(duì)微生物降解DDT 有很大影響，不一樣的土壤代表不一樣的有機(jī)質(zhì)、溫度與水分?jǐn)?shù)值，所生長的植物根系分泌的醇類、酶類、糖類也會(huì)對(duì)土壤的各項(xiàng)指標(biāo)產(chǎn)生影響。Zhang 發(fā)現(xiàn)就系統(tǒng)發(fā)育多樣性和系統(tǒng)型豐富度而言，總體微生物多樣性與土壤中六氯環(huán)己烷和二氯二苯基三氯乙烷的含量以及其他土壤特性（包括總氮、溶解有機(jī)碳、pH 和植被）相關(guān)。多元回歸樹（MRT）分析顯示，植被明顯影響土壤微生物的種類，在總變化里占比31.8%，其次是OCPs（28.3 %），總氮（12.4 %），溶解性有機(jī)碳（6.3 %）和pH（2.4 %）[17]。

蚯蚓是大型土壤生物分解者里很關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)之一，土壤的改造能力很顯著，能顯著消耗有機(jī)物并加速反應(yīng)，被叫做“生態(tài)系統(tǒng)工程師”，對(duì)于土壤生態(tài)的保護(hù)與優(yōu)化存在顯著價(jià)值。蚯蚓利用吞食、挖穴等活動(dòng)，改善土壤理化性質(zhì)，增加微生物與有機(jī)污染物的接觸機(jī)會(huì)，提高其生物有效性。蚯蚓代謝物除了能被土壤微生物當(dāng)成碳源，也可以進(jìn)一步增加其數(shù)目與活性[18]。