有機污染物植物降解過程中微生物作用的探討

[摘 要]在缺乏植物的情況下單純利用微生物降解或固化有機污染物的過程稱為生物修復，而對有機污染土壤植物修復技術來說，更關注的是有植物存在的條件下微生物降解有機污染物的過程中微生物的作用和地位。本文將著重探討有機污染物植物降解過程中微生物所起到的作用。

[關鍵詞]微生物 植物降解 有機污染

一、導言

植物修復有機物有三種機制:直接吸收并在植物組織中積累非植物毒性的代謝物;釋放促進化學反應的酶;強化根際(根—土壤界面)的礦化作用，而這個與菌根菌和共生菌有關。微生物在有機污染物植物降解過程中起著重要的作用。研究人員運用菌根能有效降解和轉移環境污染物的特點，將其應用到生物修復中。它能解決植物修復的一些問題。植物-菌根-菌根根際微生物是一個復雜的系統，但是可以通過操縱菌際微生物來影響這一系統的降解效果。同時植物的存在也促進了微生物對有機物的降解功能。

二、微生物在有機物污染植物降解中的促進作用

有機污染物的微生物降解通常是微生物利用有機污染物作為營養源以維持生長與繁殖的結果。有機污染物不僅給微生物提供碳源，他們還為生物獲得能量提供電子。

關于與有機污染物植物修復有關的微生物群落，需要注意的是根圈中微生物群落的組成和規模取決于植物的種類、植物的年齡和土壤類型。微生物群落場因暴露歷史不同而差異懸殊，當土壤微生物群落長時間暴露于某種污染物時，耐污染物的種就會選擇性地聚集在一起。某些細菌能降解許多罕見的化合物.如假單胞菌不必先合成大量的酶后再啟動降解各種芳香污染物(如甲苯、m-二甲苯、萘)的進程。微生物對有機污染物的降解存在群體效應問題。研究表明，只有當微生物在污染產地組成一個特殊的群體時才能更好地發揮降解污染物的功能。據研究，小麥的根圈中分離出五種細菌能生長和降解除草劑甲氯丙酸[2-(2-methyl4-chlorophenoxy)propionic acid]，但降解過程只出現在兩種或兩種以上細菌組成的一個特殊的群體中，單獨一種細菌無法完成降解甲氯丙酸的任務。對微生物群體作用的需求并不是污染物降解的唯一特征，因為許多天然產出的有機分子降解通常涉及到各種微生物的配合或持續不斷地作用，最終才能使母體分子及其新陳代謝產物降解。微生物可直接降解吸收于土壤表面的有機污染物而不必經歷先稀釋后降解的過程，如微生物降解被吸附于土壤表面的有機污染物菲的過程就是如此。這一過程對有機污染物增溶來說意義重大，因為這意味著某些細菌在降解作用發生前不必要求某些污染物先進入水相中。

微生物起的另一作用是他們能將污染物的植物毒害降低到某個臨界點一下，從而使植物能生存于脅迫的土壤環境，并刺激其他非植物毒害污染物的降解。Walton等提出一個假說，認為植物對污染物的防御可以通過根圈微生物對污染物的外部降解作用得到補充。換句話說，植物與微生物之間共同演化出一種互惠互利的關系以共同對付植物的毒害:植物根際分泌物使微生物受益，而微生物降解有毒化合物的過程又使植物受益。Rasolomanana等研究表明，將石油殘渣加入到土壤后，該土壤上種植的水稻長勢更好，推測植物長勢變好可能與芽孢桿菌屬細菌降解石油殘渣的作用過程有關，該屬細菌能在植物根際分泌物進行新陳代謝的過程中將根圈內的石油殘渣分解掉。

植物提供了微生物的生境，可向土壤環境釋放大量分泌物(糖類、醇類和酸類等)，其數量約占光合作用產量的10% 20%，細根的迅速腐解也向土壤中補充了有機碳，這些都加強了微生物礦化有機污染物的速率。如莠去津的礦化與土壤中的有機碳的含量有直接關系;植物根系微生物密度增加，多環芳烴的降解也增加;草原地區的微生物對2-氯苯甲酸的降解率升高了11% 63%。植物為微生物提供生存場所并可轉移氧氣使根區的好氧轉化作用能夠正常進行，這也是植物促進根區微生物礦化作用的一個機制。

菌根是土壤中真菌菌絲與高等植物營養根系形成的一種聯合體。進入20世紀90年代，研究人員運用菌根能有效降解和轉移環境污染物的特點，將其應用到生物修復中。它能解決植物修復的一些問題。據報道，VA菌根外生菌絲的重量約占根重的1%~5%。在每1cm長的根表面，外生菌絲的干重量約為3.6。這些外生菌絲能幫助植物從土壤中吸收礦質營養和水分，促進植物生長，提高植物的耐鹽、耐旱性。

菌根根際既包括菌根的根，也包括從菌根發出浸染周圍土壤的外延菌絲的菌絲表面。后者主要與土壤中營養的固定、吸收、轉移和植物傳遞有關，植物已積累的光和產物作為交換。最近，有人看到菌根化的Pinus sylvestris 幼苗的外延菌絲表面有很多聯合菌絲，這種延伸的菌絲成分支持了數量龐大的細菌。

植物-菌根-菌根根際微生物是一個復雜的系統，不同的組合有不同的特異性效應。然而，可通過操縱菌際微生物來影響這一系統的降解效果。

1. 引入外源固氮菌的設想

在油污染土壤中，C/N偏高。當可利用的N下降時，因長碳鏈的斷裂和N的固定而導致對植物的損害增加。C/N是影響微生物活性的一個重要指標。在油污染土壤中，C/N偏高，這使固氮菌占選擇優勢。可在菌根根際外源固氮菌，利用菌根根際微生態位和分泌物使外源固氮菌在菌根根際微生物中占有一定比例，從而促使這一共同體系的降解能力。

2. 引入外源細菌

用土著菌代替實驗室菌株來進行生物修復，被認為是一個較好的方法，因為后者因競爭力低和適應性差常在田間被淘汰。然而，土著微生物群的代謝潛能對有機污染物的快速和完全降解總是不夠的。引入合適的降解基因，使根際某一細菌的降解活性增強，能解決這一問題。在試管中修飾根際細菌或將供體的代謝基因直接轉移到根際土著細菌中都是可行的。

三、結束語

土壤污染的植物修復技術是一項非常有前途的新技術，有許多優點，特別是和其他修復技術相比，費用較低，適合在發展中使用。微生物和植物聯合修復技術領域現在也開始不斷出現新成果，在治理日益污染的土壤環境領域將會發生巨大的作用。

參考文獻:

[1]唐世榮:1996.利用植物修復重金屬污染土壤，環境科學進展，4(6):10~15

[2]唐世榮:污染環境植物修復的原理和方法，科學出版社.2006

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