微生物对生物外源性物质的转化和降解

相对于生物的进化历史来说，有些有机污染物被释放到环境中的时间是非常短暂的，微生物与之相互作用的时间就更短了。但是农药等生物外源性物质的广泛使用和对环境的污染，增加了微生物生存环境中的不利因素，用科学术语来说，就是增加了微生物进化的选择压力。这起到了促进微生物的物种发生改变和进化的作用，因为只有那些发生了对微生物本身存活有利的突变（如抗药性、转化能力、降解活性）的微生物，才能继续存在于自然界中。我们人类最感兴趣和有可能加以利用的微生物的新特性，正是它们对生物外源性物质的转化和降解作用。

　　许多微生物可以对生物外源性物质进行化学转化，使其转变成为毒性较小或易于被其它微生物所降解的化合物。如对杀虫剂DDT和对炸药TNT的转化。

　　微生物对生物外源性物质的转化主要有以下几种形式：

　　（1）脱卤（主要是脱氯），如DDT的脱氯；

　　（2）还原，将生物外源性物质上的取代基，特别是硝基，进行还原；

　　（3）水合反应，如对有机氰的水合反应，形成无毒的含氮有机化合物。

　　微生物除了可以转化生物外源性物质外，有些微生物还可以把它们分解掉，因为是把较大的化合物分子一步一步地变小，所以称为降解作用。有些生物外源性物质可以被彻底降解，即变成水和二氧化碳等无毒无害的很小的分子化合物或元素。但是，有些生物外源性物质不能被彻底降解。

　　多数情况下，这种降解过程需要多种微生物的协同作用，才能彻底完成。有些微生物在降解生物外源性物质时，要给微生物另外提供对它们生长繁殖所需要的营养物质，因为这些生物外源性物质的降解产物并不能成为该微生物生长繁殖所需的碳源和能源。在微生物生态学中，我们把这种情况叫做共代谢作用（Cometabolism），或辅代谢作用。这种降解往往是不彻底的，同时也是最多见的。下面简单介绍微生物对几种主要类型生物外源性物质的降解。

　　1、微生物对卤代类（特别是氯代）生物外源性物质的降解

　　此类化合物的典型代表有多氯酚（PCP）和多氯联苯（PCB）类化合物，它们被广泛用作防腐剂、杀虫剂及合成高分子材料的化工原料。它们都很难被降解，即具有很高的生物稳定性。尽管如此，微生物学家还是找到了许多可以降解它们的微生物。如黄杆菌（Flavobacterium sp.）可以降解五氯酚，不动杆菌（Acinetobacter sp.）可以降解PCB。

　　2、微生物对有机磷化合物的降解

 

有机磷化合物作为杀虫剂被广泛用于农业生产上，如乐果、对硫磷、甲胺磷等等。它们在环境中的残留时间很长，不易被降解，因此现在被限制或禁止使用。然而，近年来不断发现许多微生物可降解有机磷化合物，从而为寻找解决及净化环境中的有机磷农药污染的途径提供了可能。

　　3、微生物对人工合成多聚物的降解

　　人工合成的多聚物种类很多，其典型代表是聚乙烯，我们日常使用的塑料制品多用它们做原料。由于它们的化学稳定性、生物不可降解性、可塑性等优越的性能，使它们被大量生产，广泛应用于工农业生产上，取得了非常显著的效果。但是如果不把它们进行回收利用而听任它们释放到环境中，就会在环境中造成生态系统功能的破坏，带来严重的环境污染问题。当前全社会正从多方面着手解决这一问题。一方面加强环境保护的宣传，提高人们的环保意识；一方面采用适当的政策鼓励农民回收利用农用地膜，限制或禁止生产容易引起大量污染的塑料袋、一次性饭盒等。科学家们正努力进行可以被微生物降解塑料的开发和生产，不过目前要大量推向市场还不容易，因为在产品价格上还无法与原由的人工合成塑料竞争。

　　利用特定的微生物降解合成多聚物也是解决此类污染，特别是土壤中已存在的污染的有效方法。科学家已经发现，有些微生物（主要是真菌）可降解合成多聚物，如聚乙烯醇、乙烯薄膜、聚乳酸薄膜等。微生物一般是在用物理化学方法处理这些多聚物，将它们降解成聚合程度较小的物质之后，更易于降解它们。

　　4、微生物对多环芳烃的降解

　　很多多环芳烃化合物是生物外源性物质，亦有不少并不是生物外源性物质，而是天然存在的化合物。但由于多环芳烃特别是四环以上的多环芳烃（如苯并芘），具有很强的致癌性，也难以被生物降解，很容易积累在环境中。近年来，有关微生物降解多环芳烃的研究和利用这些研究成果净化环境中的多环芳烃污染的设想备受人们关注。已经证明，很多微生物可以降解多环芳烃。

　　多氯联苯（Polychlorinated biphenyls，PCBs）是人工合成的有机化合物，广泛用于润滑油、绝缘油、增塑剂中。它会损伤皮肤、神经、骨骼，还是一种致癌因子。PCBs很稳定，在环境中不易降解。但早在1973年就有人发现了能够降解PCBs的微生物。1978年一位日本科学家从美国威斯康星一个湖泊中分离到两株能‘吃’多氯联苯的细菌。经研究发现，它们能分泌一种酶，把PCBs转化为联苯或对氯联苯，然后把这些转化产物进一步降解成苯甲酸或取代苯甲酸，而最后这些化合物可以由环境中的其它微生物轻而易举的分解掉。