偶氮染料广泛应用于纺织、造纸和包装等行业,因其具有三致性、结构稳定且难降解,已成为染料废水处理的研究热点之一.本研究以白腐真菌作为脱色菌株,考察了不同白腐真菌对偶氮类染料酸性橙 7(acid orange 7,AO7)的脱色降解,探讨了AO7 染料的浓度、pH、温度以及脱色时间对染料脱色率的影响,同时应用紫外-可见光谱吸收法、红外光谱吸收法、高效液相色谱法和气相色谱-质谱法对AO7 的降解产物进行分析,并对其产物进行植物毒性实验,以推断AO7 可能的降解途径及其降解产物的毒性.结果表明:在pH 4.5、28℃条件下,刺芹侧耳(Pleurotus eryngii)和杂色云芝(Trametes versicolor)的混合菌丝脱色降解 100 mg/L AO7,24 h脱色率可达 93.46%.推测 AO7 可能的生物降解途径:AO7 偶氮键断裂生成对氨基苯磺酸和 1-氨基-2-萘酚;接着对氨基苯磺酸脱去磺酸基,生成对苯二酚;同时 1-氨基-2-萘酚开环生成邻苯二甲酸和对羟基苯甲醛,之后进一步降解生成苯甲酸;最后对苯二酚和苯甲酸继续氧化成其他小分子中间体、H2O和CO2.植物毒性实验表明,P.eryngii和T.versicolor混合菌丝对AO7 脱毒效果较好.以上研究为探究白腐真菌在工业废水中降解偶氮类染料的应用奠定基础.

石油污染是当前紧迫的水环境问题,研究石油污染物降解机制有助于探索石油污染修复技术路径.重点介绍了微生物降解石油污染物过程中的微生物种类、降解机制和反应机理,即具有代表性的细菌、真菌和藻类,石油烃的有氧降解(链烷烃、环烷烃和芳香烃)和厌氧降解(脱氢羟基化、延胡索酸盐加成).并对微生物降解石油组分的影响因素进行了讨论,具体包括:烃类结构(支链多结构越复杂,越难降解)、微生物种类(混合菌的生化降解能力更强)、环境因子(pH、温度、盐度、含氧量和营养物质),进一步指出了生物修复技术应用于石油污染修复治理研究中的优缺点.此外,还对现有微生物降解技术的应用做了简要概述,归纳总结现有研究中存在的问题,尝试性的提出了今后生物降解石油污染物的研究重点,即生物降解石油的机制还需进一步明确,并重点分析了生物电化学方法在降解去除石油污染物方面可行性.综述石油烃生物降解机制和反应机理,以期为生物修复水体石油污染提供参考和借鉴作用.

为研究白腐真菌对蒽醌染料的生物降解机制,以白腐真菌黄孢原毛平革菌为脱色降解菌株,分析了蒽醌染料活性艳蓝KN-R(RBBR)的浓度、金属离子及脱色参数对染料脱色的影响;采用紫外-可见光谱、红外光谱、气相色谱-质谱(GC-MS)分析和植物种子毒性实验进行降解产物分析,以揭示RBBR可能的降解路径及其产物的毒性结果表明:在pH 4.2、28℃、5mmol/L的Mn2+条件下,脱色降解200mg/L RBBR,24h脱色率可达95％以上.推测RBBR的降解途径为:RBBR中连接苯环和蒽醌的氮键裂解,产生了1-氨基蒽醌和间-(β-羟乙基砜硫酸酯钠)苯胺.1-氨基蒽醌上的氨基被羟基取代,再经过氧化、脱环、重排产生了邻苯二甲酸,接着邻苯二甲酸氧化开环生成丁二酸;同时,间-(β-羟乙基砜硫酸酯钠)苯胺上的氨基被氧化,生成丁二酸及其他小分子酸、二氧化碳和水.植物种子毒性实验表明,黄孢原毛平革菌对RBBR有较好的脱毒作用.综上,黄孢原毛平革菌能高效降解高浓度的RBBR,同时可显著降低染料对植物的毒害作用.

在农业领域中,乙草胺是一种选择性芽前除草剂,被广泛用于防治一年生禾本科杂草和阔叶杂草.然而,在真实环境应用中,乙草胺的实际利用率不足20％,大量残存的乙草胺进入土壤、水体等生态系统,对生态环境甚至人类健康造成严重威胁.近年来,微生物因其种类丰富、分布广泛、适应性强、代谢途径多样等诸多优点,被认为是修复乙草胺等化学农药面源污染环境最有效的一种方法.鉴于此,本文总结了乙草胺的微生物分解代谢研究的最新进展,包括乙草胺高效降解微生物资源、降解代谢途径、降解关键酶等,进一步介绍了乙草胺污染环境中微生物修复技术的实际应用,并对乙草胺等化学农药微生物修复技术的未来研究方向进行了展望.

石油烃污染物属于难降解混合物,生物修复已经成为石油烃污染环境的主要修复方法.文中简述了微生物对石油烃的间期适应过程和转运过程,并通过对部分典型石油烃成分的微生物降解机理和代谢路径的梳理和综述,阐释了石油烃生物降解过程中的菌株、基因、代谢路径等研究进展.此外,利用基因工程和代谢工程等手段,可对野生型石油烃降解菌进行改造,进一步提升其对石油烃污染环境的生物修复能力.最后,从石油烃降解菌的代谢途径改造、人工混菌体系的设计构建等角度,结合合成生物学和代谢工程的手段,提出了对石油烃降解的研究展望,以期提升对石油烃污染物的生物修复效果.

由于化石资源日益枯竭和塑料污染加剧,迫切需求环境友好可降解的"绿色塑料".由细菌合成的具有良好生物降解性和生物相容性的聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHAs)被认为是最有前景的"绿色塑料"之一.概述PHAs的结构、材料特性和应用、生物合成代谢路径以及发酵方式,指出高昂的生产成本是限制PHAs大规模生产和应用的关键问题;总结以降低PHAs生产成本为目标的PHAs生物合成研究进展,包括PHAs合成菌株的基因工程和代谢工程优化、在开放条件下使用富集菌群发酵以及采用极端微生物合成特定PHAs.以低品质废弃生物质为原料,在开放条件下利用富集菌群合成PHAs的研究尤其受到关注,是废弃生物质高值资源化利用的一条重要途径.未来的研究中需进一步提升PHAs生产菌株的合成能力以及生产工艺的效率;有关基于富集菌群的PHAs生产,需对菌群结构和功能调控进行深入研究,构建稳定高效的PHAs合成菌群和工艺流程,以实现PHAs的低成本合成和广泛应用.

由微生物介导的吡啶降解技术是解决高盐吡啶环境污染的经济有效方法之一,开发具有吡啶降解性能且能够耐受高盐分的微生物是该类研究的重要前提.本研究从山西太原钢铁公司焦化废水处理厂活性污泥中分离培养了一株耐盐吡啶降解菌,通过菌落形态和16S rDNA基因系统发育分析,鉴定其为红球菌属(Rhodococcus sp.)的细菌.耐盐性实验结果表明,菌株LV4能够在0％-6％盐度范围内生长,并完全降解初始浓度为500mg/L的吡啶;但当盐度高于4％时,菌株LV4因其生长变缓而导致吡啶完全降解时间明显延长.扫描电镜结果显示,高盐环境会使菌株LV4的菌体细胞分裂变慢,诱导细胞表面分泌更多的颗粒状胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS).当盐度不高于4％时菌株LV4主要依靠EPS中蛋白含量的增加来响应高盐环境的冲击.单因素实验优化发现,菌株LV4在盐度为4％的高盐环境中降解吡啶的最佳条件为温度30℃、pH 7.0、转速为120 r/min(DO 10.30 mg/L).最优条件下菌株LV4对于初始浓度为500 mg/L的吡啶,在经过12 h的适应期后,能以(29.10±0.18)mg/(L·h)的最大速率将吡啶完全降解,总有机碳(total organic carbon,TOC)去除率最高可达88.36％,表明菌株LV4对吡啶的矿化效果较好.利用液质联用仪检测到11种吡啶代谢中间产物,推测菌株LV4主要通过环羟基化和环加氢还原2种代谢路径将吡啶完全降解.菌株LV4在高盐环境对吡啶的快速降解,意味着其在高盐吡啶环境污染治理上具有实际应用的潜力.

当前,白色污染造成的消极影响已经扩散到人类社会经济、生态和健康等各个方面,循环生物经济发展进程面临严峻挑战.作为全球最大的塑料生产消费国家,我国在塑料污染的治理问题上肩负着重要责任.在此背景下,本文分析了美国、欧洲、日本与我国塑料降解与回收的相关战略,并对该领域的文献与专利展开计量,从研发趋势、主要研发国家和研发机构等角度了解其技术研发现状,探讨我国塑料降解回收发展面临的机会与挑战,最终提出了政策体系、技术路径、产业发展与公众认知四位一体的未来发展建议.

聚乙烯(polyethylene,PE)塑料是全球通用合成树脂中产量最丰富的品种,也是最难降解的塑料之一,其在环境中大量积累已造成严重的生态污染.传统的垃圾填埋、堆肥和焚烧处理技术难以满足生态环境的保护要求,生物降解是解决塑料污染问题的一种生态友好、成本低廉、前景可期的方法.本文对PE塑料的化学结构、降解微生物的种类、降解酶和代谢途径等方面进行了综述,结合国内外PE塑料生物降解的前沿和热点问题,建议重点开展高效降解菌株筛选、人工合成菌群构建、降解酶的挖掘与改造等方面的研究,为PE塑料生物降解研究提供路径选择和理论借鉴.

[背景]全氟烷基和多氟烷基物质(per-andpoly-fluoroalkyl substances,PFAS)是一类具有高表面活性、热稳定性、化学稳定性和疏水疏油性的难降解有机污染物.其长距离迁移性、极高的环境持久性和生物蓄积性给生态环境和生物体带来了严重的危害.[目的]从吉林石化公司污水处理厂水样中筛选获得以全氟辛烷磺酰胺(perfluorooctane sulfonamide,PFOSA)为唯一碳源生长的降解菌,并分析其降解特性及机理.[方法]以PFOSA为唯一碳源,通过富集、筛选、分离和纯化,从污水中筛选出PFOSA好氧降解菌,通过形态学观察、16S rRNA基因和全基因组测序分析对菌株进行鉴定,并采用三重四级杆液质联用仪分别对PFOSA的降解率和降解产物进行分析.[结果]筛选得到一株PFOSA好氧降解细菌C11,经形态学观察、16S rRNA基因序列分析和全基因组测序分析,初步鉴定该菌为睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testosteroni).经单因素优化试验发现,在培养温度为30℃、初始pH值为7.0、PFOSA初始浓度为30 mg/L的降解条件下,菌株C11对PFOSA的降解率可达64.6％,PFOSA的降解产物为全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate,PFOS)、全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)、全氟庚酸(perfluorodecanoic acid,PFHpA)和全氟己酸(perfluorohexanoic acid,PFHxA),基于降解产物的初步推定,在菌株C11的作用下对降解途径进行推测:首先PFOSA脱去氨基转化为PFOS,PFOS脱去磺酸基团氧化成PFOA,最后C-F键发生断裂转化为PFHpA和PFHxA.[结论]菌株C11对PFOSA具有很好的降解能力,为进一步解析PFOSA生物降解机理和探索PFAS污染环境的生物修复路径提供了理论支持.