生物表面活性剂对土壤中微生物降解疏水性有机物的作用机制

钟华等：生物表面活性剂对土壤中微生物降解疏水性有机物的作用机制

生物表面活性剂对土壤中微生物降解疏水性有机物的作用机制①

钟

华②

曾光明③

黄国和。

傅海燕

（湖南大学环境科学与工程系长沙４１００８２）

（＋里贾纳大学工学院Ｓａｓｋａｔｏｏｎ￥４ＳＯＡ２加拿大）

摘要探讨了在生物表面活性剂作用下，微生物在土壤介质中迁移和在疏水性有机污

染物表面吸附的机制，以及生物表面活性剂与微生物细胞膜的作用模式，初步揭示了生物表面活性剂改变污染物的生物可利用性而促进其降解的微生物机理。

关键词土壤修复，疏水性有机污染物，生物表面活性剂，微生物效应，生物可利用性

团）和亲脂基团（亦称非极性基团、憎水基团）的两性

０

引言

人类工业活动（如石油的开采、输送及石油化工

生物分子。其中亲脂基团主要包括烷基碳链和环烷基或芳香基碳环，亲水基团主要包括羧基、磷酰基和

工业活动等）引起的土壤中疏水性有机污染物（ｈｖ．

ｄｒｏｐｈｏｂｉｃｏｒｇａｎｉｃ

羟基。根据它们的结构和形态，它们可以分为六类：

羟基化和交联化的脂肪酸（地衣酸）、糖脂、磷脂、脂

ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ＨＯＣｓ，以下简称为有机

污染物）的污染已经成为全球关注的问题。利用土

或外源微生物并结合相关助剂使污染物直接降解而达到土壤的修复是解决这个问题的技术之一。表面活性剂作为一种助剂能够增强污染物的生物可利用

多糖、脂肽和脂蛋白以及细胞整体１６ｊ。生物表面活性剂也可以按分子大小分成两类：诸如糖脂、磷脂、

脂肽和脂肪酸等能够有效降低表面张力的低分子量

分子和诸如脂多糖和脂蛋白等多聚物Ｌ７ｊ。主要的生

物表面活性剂以及它们源微生物见表１。生物表面

性而促进其降解过程。生物表面活性剂作为由微生

物产生的一类新型表面活性剂，相对于化学表面活

活性剂的化学结构、物化性质和生物合成都有详细

的研究和报道【８－１３Ｊ。生物表面活性剂在土壤介质中的聚集形态不一，一般情况下它们吸附于介质的固

性剂有低毒性、可降解性和生态相容性、高效性和稳

定性等诸多优势，因此不仅在石油开采和运输、制药

工业、食品工业、纺织工业和化妆品工业等领域ｕ’２Ｊ

应用广泛，而且在环境工程领域特别是土壤修复中的应用也得到了越来越多的关注。

针对生物表面活性剂的作用机理，以往的研究

液界面，或者以单分子形式溶解于介质水相中或在

水相中形成胶团。吸附在微生物细胞表面也是它的一种重要的存在形式。它们在固液界面的三种主要吸附方式是：由静电吸引和非极性亲和引起的表面活性剂分子在界面的锚定和铺展，表面活性剂分子的非极性基团在固相表面的聚集形成半胶团，以及

主要考察了由于它的物理效应（如对污染物在土壤

水相中的增溶作用ｂ＇４ｊ、对污染物在有机相和水相之问传质的影响ｂＪ）而导致的污染物生物可利用性

在固体颗粒表面形成单层和双层膜。在土壤水相中，除了表面活性剂单分子外，它们聚集形成胶束、

胶囊和双层膜。在细胞表面的吸附主要是由于表面活性剂分子与细胞膜中的化学物质（如磷脂、多糖和

的增强。事实证明，由于与微生物的生理过程相关，

生物表面活性剂往往能够作用于微生物细胞而影响

污染物的降解过程。本文以前人研究结果为基础，旨在对生物表面活性剂在土壤修复过程中所产生的微生物效应进行归纳性探讨。

１

脂蛋白等）的相互作用引起的。多种吸附和聚集形

态造成了微生物与土壤介质和污染物之间相互作用

生物表面活性剂

生物表面活性剂是含有亲水基团（亦称极性基

①８６３计划（２００１ＡＡ６４４０２０）资助项目。

的变化，导致不同的微生物效应。

对降解微生物的微毒性是生物表面活性剂的微生物作用之一。化学表面活性剂的毒性被认为是因

②男，１９８０年生，硕士；研究方向：环境工程；Ｅ－ｍａｉｌ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ２１ｃｎ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｒｎ．ｃｎ

③联系人，Ｅ．ｍａｉｌ：Ｚｇｍｉｎｇ＠ｈｎｕ．ｃｎ

（收稿日期：２００５－０３—１５）

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高技术通讯２００６年３月第１６卷第３期

为它们能够溶解细胞酶、细胞受体和蛋白，导致细胞

膜的生理功能紊乱，或者细胞膜损伤使胞内物质外流而引起的［１４］。而生物表面活性剂由于是微生物

代谢产生，性质温和，与细胞作用时一般不具有破坏性。在八种化学表面活性剂和九种生物表面活性剂的毒性考察中，生物表面活性剂总体上毒性更低并

且更容易生物降解ｕ５｜。

表１生物表面活性剂类型及合成菌种生物表面活性剂合成菌种

鼠李糖脂

ＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓａｅｒｕｇｉｎａｓａＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐｐ．

海藻糖脂

Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ

ｐａｒａｆ／ｉｎｅｕｓ

Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｓｐｐ．

Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｓｐｐ．

Ｒｈｏｄｏｃｏｃｕｓ．ｅｒｙｔｈｒｏｐｏｌｉｓ

槐糖脂

Ｃａｎｄｉｄａｓｐｐ．

Ｔｏｒｕｌｏｐｓｉｓｂｏｍｂｉｃｏｌａ

磷脂Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｓｐｐ．

Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕａ！ｋａｎｏｌｙｔｉｃｕｍ

死函ｂａｃｉｌｌｕｓ

ｔｈｉｏｏｘｉｃｌａｎｓ

葡萄糖脂，果糖脂和蔗糖脂

Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒｓｐｐ．Ｃｏ，ｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｓｐｐ．Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃ／／￥ｅｒｙｔｈｒｏｐｏｌｉｓ

纤维二糖脂Ｕｓｔｉｌａｇｏｍａｙｄｉｓ

多羟基脂

Ｒｈｏｄｏｔｏｍｌａｇｌｕｔｉｎｕｓ

Ｒｈｏｄｏｔｏｒｕｌａｇｒａｍｉｎｕｓ

磺酰基脂Ｃａｐｎｏｅｙｔｏｐｈａｇａｓｐｐ．糖基甘油脂１ａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓｆｅｒｍｅｎｔｉｉ脂多糖

ＡｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐｐ．Ｃａｎｄｉｄａｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ

脂肽和脂蛋白（莎梵婷，粘质，Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ

ｓｐｐ．

短杆菌肽，多粘菌素等）

Ｂａｃ／／／ｕｓｂｒｅｖｉｓＢａｃｉｌｌｕｓ

ｌｉｅｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ

ＢａｃｉｌｌｕｓｐｏｌｙｍｙｘａＢａｃｉｌｌｕｓｐｕｍｉｌｉｓＢａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓＣａｎｄｉｄａ

Ｚ枷加池

尸３ｅｚ加ｂｍｏｎ傩∥∞ｒ∞ｃｅ瑚

５ｊⅣ疵ｉａｍａｒｃｅｓｃｅｎｓ

鸟氨酸肽和赖氨酸肽

６ｌｕｃｏｎｏｂａｃｔｅｒｃｅｒｉｎｕｓＳｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｓｉｏｙａｅｎｓｉｓ

死抽ｂａｃｉ皿ｕｓ

ｔｈｉｏｏｘｉｄａｎｓ

脂肪酸（棒状杆菌地衣酸，Ａｎｈｒｏｂａｅｔｅｒ

ｐａｒａｆｉｎｅｕｓ

ｓｐｉｃｕｌｉｓｐｏｒｉｃ酸，沙雷维婷等）

Ｃｏｒｐｌｅｂａｃｔｅｄｕｍ却凇

ＰｅｎｉｃｉＵｉｕｍｓｐｉｃｕｌｉｓｐｏｒｕｍＲｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓｅｒｙｔｈｒｏｐｏｌｉｓＴａｌａｒａｍｙｃｅｓｔｒａｃｈｙｓｐｅｒｍｕｓ

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