影響污染物降解的生物因素我認為可以大體從三方面分析下:
一、有機物結構與生物可降解性
生物降解有機物的難易程度與有機物的結構特征有很大的關(guān)系。
首先,有機物生物降解的機理是:1、水中溶解的有機物能否擴散穿過(guò)細胞壁,是由分子的大小和溶解度決定的。目前認為低于12個(gè)碳原子的分子一般可以進(jìn)入細胞。至于有機物分子的溶解度則由親水基和疏水基決定的,當親水基比疏水基占優(yōu)勢時(shí),其溶解度就大。2、不溶于水的有機質(zhì),其疏水基比親水基占優(yōu)勢,代謝反應只限于生物能接觸的水和烴的界面處。尾端的疏水基溶進(jìn)細胞的脂肪部分并進(jìn)行β-氧化。有機物以這種形式從水和烴的界面處被逐步拉入細胞中并被代謝。微生物和不溶的有機物之間的有限接觸面,妨礙了不溶解化合物的代謝速度。3、有機物分子中碳支鏈對代謝作用有一定影響。一般情況下,碳支鏈能夠阻礙微生物代謝的速度,如正碳化合物比仲碳化合物容易被微生物代謝,叔碳化合物則不易被微生物代謝。這是因為微生物自身的酶須適應鏈的結構,在其分子支鏈處裂解,其中最簡(jiǎn)單的分子先被代謝。叔碳化合物有一對支鏈,這就要把分子作多次的裂解。具體來(lái)說(shuō),結構簡(jiǎn)單的有機物一般先降解,結構復雜的一般后降解。
二、共代謝作用
共代謝的概念:有一類(lèi)物質(zhì)稱(chēng)為外生物質(zhì)或異生物質(zhì),是指一些天然條件下并不存在的由人工合成的化學(xué)物質(zhì),例如殺蟲(chóng)劑,殺菌劑和除草劑等,其中許多有易被各種細菌或真菌降解,有些則需添加一些有機物作為初級能源后才能降解,這一現象稱(chēng)為共代謝。
共代謝過(guò)程不但提出了一種新的代謝現象 ,而且已被作為一種生化技術(shù)在芳香族化合物生物解研究中得到應用。G ihon等以共代謝為手段 ,分離和確定了鹵代苯和對氯甲苯的假單胞菌的氧化產(chǎn)物 ,這有助于研究氧進(jìn)入芳香環(huán)的機制。F ocht和Alexander等應用共代謝技術(shù)建立了 DDT的環(huán)斷裂機制。Horvath 利用共代謝反應步驟少的優(yōu)點(diǎn) ,分別確定了 2 ,3 ,6 — 三氯苯甲酸降解過(guò)程中所含的氧化、 脫經(jīng)和脫鹵反應 ,從而發(fā)現了無(wú)色桿菌代謝2 ,3 ,6 — 三氯苯甲酸的途徑。Hanne、 Jaakko、 Woods、 Mary 等利用厭氧反應器中存在共代謝的原理 ,通過(guò)添加初級基質(zhì)來(lái)處理含氯酚的廢水 ,使氯酚這種有毒的 “難降解物質(zhì)” 得到生物凈化
現代的環(huán)境污染迫切需要人們更充分地利用微生物的降解活性 ,不幸的是有些化合物含有高度抗酶分解的結構元素或取代基。盡管環(huán)境微生物具有逐漸進(jìn)化、 適應的功能 ,但酶催化途徑的自然進(jìn)化需要多種基因成分的改變 ,速度很慢 ,不能適應現代環(huán)境保護的要求。通過(guò)共代謝等各種生物技術(shù)的應用 ,在搞清微生物降解環(huán)境污染物的能力和途徑的基礎上 ,應用現代基因工程技術(shù) ,擴展微生物酶對基質(zhì)的專(zhuān)一性和代謝途徑 ,更有效地處理和降解各種污染物 ,更好地保護環(huán)境。
三、影響微生物降解的環(huán)境因素
生物降解是微生物對物質(zhì)特別是環(huán)境污染物的分解作用。它和傳統的分解在本質(zhì)上是一樣的,但又有分解作用所沒(méi)有的新的特征(如代謝,降解等),因此可視為分解作用的擴展和延伸。
從生物降解的定義我們可以明白,微生物的生長(cháng)對生物降解有著(zhù)至關(guān)重要的作用。所以,我將從影響微生物生長(cháng)的因素來(lái)討論影響生物降解的因素。影響微生物生長(cháng)的因素最重要的是營(yíng)養條件、溫度、PH值、需氧量、有毒物質(zhì),土壤濕度、鹽度及吸附作用和沉積物污染物被其他物質(zhì)所吸附形成絡(luò )和物。
1.營(yíng)養條件
營(yíng)養物對微生物的作用是:提供合成細胞物質(zhì)時(shí)所需要的物質(zhì);作為產(chǎn)能反應的反應物,為細胞增長(cháng)的生物合成反應提供能源;充當產(chǎn)能反應所釋放電子的受氫體。所以微生物所需要的營(yíng)養物質(zhì)必須包括組成細胞的各種元素和產(chǎn)生能量的物質(zhì)。微生物種類(lèi)繁多,各種微生物要求的營(yíng)養物質(zhì)亦不盡相同,根據對營(yíng)養要求的不同,可將微生物分為特定的種類(lèi)。
根據所需碳的化學(xué)形式,微生物可分為:自養型和異養型;根據所需的能源,微生物可分為:光營(yíng)養型和化能營(yíng)養型。
2.溫度對生物降解的影響
溫度對微生物具有廣泛的影響,不同的反應溫度,就有不同的微生物和不同的生長(cháng)規律。從微生物總體來(lái)說(shuō),生長(cháng)溫度范圍是0~80℃。根據各類(lèi)微生物所適應的溫度范圍,微生物可分為高溫性(嗜熱菌)、中溫性、常溫性和低溫性(嗜冷菌)四類(lèi)。
微生物的全部生長(cháng)過(guò)程都取決于化學(xué)反應,而這些反應速率都受溫度的影響。在最低生長(cháng)溫度和最適溫度范圍內,若反應溫度升高,則反應速率增快,微生物增長(cháng)速率也隨之增加,處理效果相應提高。
3.PH值
微生物的生化反應是在酶的催化作用下進(jìn)行的,酶的基本成分是蛋白質(zhì),是具有離解基團的兩性電解質(zhì).PH值對微生物生張繁殖的影響體現在酶的離解過(guò)程中,電離形式不同,催化性質(zhì)也就不同;此外,酶的催化作用還決定了基質(zhì)的電離狀況,PH值對基質(zhì)電離狀況的影響也進(jìn)而影響到酶的催化作用。一般認為PH值是影響酶的活性的最重要因素之一。
在生物降解過(guò)程中,一般細菌、真菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物的PH值適應范圍在4~10之間。在生物降解中,保持微生物的最適pH范圍是十分重要的。否則,將對微生物的生長(cháng)繁殖產(chǎn)生不良影響,甚至會(huì )造成微生物死亡,破壞生物降解的正常進(jìn)行。
4.溶解氧
根據微生物對氧的要求,可分為好氧微生物、厭氧微生物及兼性微生物。
好氧微生物在降解有機物的代謝過(guò)程中以分子氧作為受氫體,如果分子氧不足,降解過(guò)程就會(huì )因為沒(méi)有受氫體而不能進(jìn)行,微生物的正常生長(cháng)規律就會(huì )受到影響,甚至被破壞。
而厭氧微生物對氧氣很敏感,當有氧存在時(shí),它們就無(wú)法生長(cháng)。這是因為在有氧存在的環(huán)境中,厭氧微生物在代謝過(guò)程中由脫氫酶所活化的氫將與氧結合形成H2O2,而厭氧微生物缺乏分解H2O2的酸,從而形成H2O2積累,對微生物細胞產(chǎn)生毒害作用。所以使用厭氧微生物降解時(shí)要注意隔絕空氣。
5.有毒物質(zhì)
在被降解物質(zhì)中有時(shí)存在著(zhù)對微生物具有抑制和殺害作用的化學(xué)物質(zhì)。有毒物質(zhì)對微生物的毒害作用,主要表現在使細菌細胞的正常結構遭到破壞以及使菌體內的酶變質(zhì),并失去活性。有毒物質(zhì)可分為:①重金屬離子(鉛、銅、鉻、砷、銅、鐵、鋅等);②有機物類(lèi)(酚、甲醛甲醇、苯、氯苯等);③無(wú)機物類(lèi)(硫化物、氰化鉀、氯化鈉、硫酸根、硝酸根等)。有毒物質(zhì)對微生物產(chǎn)生毒害作用有一個(gè)量的概念,即達到一定濃度時(shí)顯示出毒害作用,在允許濃度以?xún)龋⑸飫t可以承受。
鹽度(嗜鹽菌和耐鹽菌,不同環(huán)境微生物的適應性)和吸附作用和沉積物污染物被其他物質(zhì)所吸附形成絡(luò )和物等因素也會(huì )影響降解。
綜上所述,有機物結構、共降解作用和影響微生物降解的環(huán)境因素,是影響污染物的生物降解的主要因素。