細菌降解三苯甲烷類染料廢水的研究進展

肖旭倩，胡正龍，邵廣晴

（1.萬博科技職業學院生物與環境系；2.合肥市國正資產經營有限公司，合肥 230001）

三苯甲烷類染料是在偶氮染料和蒽醌染料之后，使用量排在第三位的染料類型[1]。常用的有結晶紫、孔雀綠、溴酚藍、維多利亞藍等。該類染料以三苯甲烷為母體，中心碳原子上連有3個苯環，其化學官能團化學穩定性高、生物可降解性低，已證實對動物有致癌、致畸、致突變的毒副作用[2]。因此，含有三苯基甲烷類染料的印染廢水排放到自然水體中，會導致嚴重的環境污染。微生物降解染料廢水具有安全性高、成本低且操作方便的優勢，成為研究熱點。本文重點對細菌降解三苯甲烷類染料廢水的研究進行了總結。

1 降解三苯甲烷類染料的細菌

三苯甲烷類染料是一類極為穩定的難降解物質，但微生物具有適應環境能力強、遺傳變異較快、易獲得新降解基因的特點，使環境中的一些微生物進化形成了對該類染料進行脫色、代謝分解的能力，因此微生物成為治理環境中三苯甲烷類染料污染最有效的“武器”[3]。目前已報道的從土壤、污泥等各類環境中分離到可脫色或降解三苯甲烷類染料的細菌主要有：Pseudomonas pseudomallei13NA、Shewanella sp.、Exiguobacteriumsp.、B.subtilisIFO 13719、Achromobacter xylosoxidansMG1、P.otitidisW/L3等，具體情況如表1所示[4-9]。

表1 已報道的可降解三苯基甲烷類染料的細菌

2 三苯甲烷類染料脫色中間產物及途徑的研究

Yatome研究B.subtilisIFO 13719菌株在低細胞生長量的情況下對結晶紫（濃度低于7×10-6mol／L）的降解，8 h后就有了明顯的脫色，24 h后的高細胞量時，結晶紫被完全降解[7]。分析其代謝產物，結果發現，其中的2種主要代謝產物為米氏酮和二甲基苯酚。Chen等在Shewanella decolorationisNTOU1中也檢測到相同的降解產物[5]。翟毓秀的研究表明，孔雀綠在機體內具有2種代謝途徑：一是孔雀綠在還原酶的催化下降解成無色孔雀綠；二是在細胞色素P450催化下經N-脫甲基作用生成初級和次級代謝產物芳香胺[10]。

Wang等分析了孔雀石綠在Exiguobacterium sp.MG2中的代謝產物，發現了6個化合物，分別為脫甲基孔雀綠、無色孔雀綠、脫甲基無色孔雀綠、苯二甲基胺、（4-Dimethylamino-phenyl）-phenyl-methanone和3-Dimethylamino-phenol，并提出了菌株Exiguobacterium sp.MG2降解孔雀綠可能的代謝通路：孔雀綠在三苯基甲烷類染料還原酶TMR的催化下生成無色孔雀綠，此時染料脫色，然后孔雀綠和無色孔雀綠在細胞色素P450單加氧酶催化下轉化為脫甲基孔雀綠和脫甲基無色孔雀綠[6]。該通路彌補了細菌降解三苯甲烷類染料無系統代謝通路的空白，同時進一步驗證了三苯基甲烷類染料還原酶TMR和細胞色素P450單加氧酶參與染料脫色代謝的過程。

G K Parshetti等人在放射性農桿菌MTCC 8161中通過氣相色譜-質譜法檢測到結晶紫的五種生物轉化中間體：N,N,N′,N″-四甲基副玫瑰苯胺、[N,N-二甲氨基苯基][N-甲氨基苯基]二苯甲酮、4-甲基氨基苯酚、N-二甲基氨基苯甲醛和苯酚[11]。其提出了放射桿菌中的一種結晶紫生物降解可能的新途徑：結晶紫首先生物轉化生成N,N,N′,N″-四甲基副玫瑰苯胺，接著N,N,N′,N″-四甲基副玫瑰苯胺被還原分解成[N,N-二甲氨基苯基][N-甲氨基苯基]二苯甲酮和4-甲基氨基苯酚，然后[N,N-二甲氨基苯基][N-甲氨基苯基]二苯甲酮進一步降解為N,N-二甲基氨基苯甲醛以及4-甲氨基苯酚，最后N,N-二甲氨基苯甲醛和4-甲氨基苯酚降解為苯酚。該研究認為，結晶紫主要脫色是由于漆酶和N-去甲基酶的存在，但其具體催化機理還需進一步研究。

李琛琛研究降解菌SJ-1（Sphingomonas sp.），發現該菌株降解結晶紫存在三種降解產物，即隱性結晶紫、隱性孔雀石綠和苯酚，并提出菌株SJ-1降解結晶紫的途徑可能為：第一步可能是結晶紫還原代謝成脂溶性的隱性結晶紫，第二步隱性結晶紫通過脫氨基作用生成隱性孔雀石綠，最后氧化裂解和脫甲基生成苯酚[12]。

3 結論

目前，細菌降解三苯甲烷類染料的研究存在的問題有三。一是研究主要集中在菌株的選育、條件優化探索、非特異性酶系、零碎的代謝產物分析等方面，對代謝途徑、其分子機理及酶系統研究還相對較少[13]。二是對于微生物降解染料廢水所產生的有毒中間產物的處理尚需深入研究。三是脫色菌株大多只能在試驗環境中高效降解一種染料，降解譜窄，同時降解多種有染料的能力有限，但是實際的印染廢水中存在多種染料，成分十分復雜，這使得染料降解菌很難進行實際應用。

通過分子生物技術將降解性基因轉入繁殖力強和適應性能好的受體菌株內或將降解各種化合物的基因克隆到同一菌株內，構建出高效基因工程菌，可能是解決降解譜問題的一條有效途徑。因此，從篩選更加高效的細菌菌株入手，并進一步深入探討降解過程中可能的代謝途徑、脫色機理、中間產物以及可能參與的酶、細胞色素系統等，為染料的環境治理奠定理論基礎，最終實現降解細菌在染料污染治理方面的更好應用。