細(xì)菌降解三苯甲烷類染料廢水的研究進(jìn)展

肖旭倩，胡正龍，邵廣晴

（1.萬博科技職業(yè)學(xué)院生物與環(huán)境系；2.合肥市國正資產(chǎn)經(jīng)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(jié)晶紫、孔雀綠、溴酚藍(lán)、維多利亞藍(lán)等。該類染料以三苯甲烷為母體，中心碳原子上連有3個(gè)苯環(huán)，其化學(xué)官能團(tuán)化學(xué)穩(wěn)定性高、生物可降解性低，已證實(shí)對動(dòng)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(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)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(yōu)勢，成為研究熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)對細(xì)菌降解三苯甲烷類染料廢水的研究進(jìn)行了總結(jié)。

1 降解三苯甲烷類染料的細(xì)菌

三苯甲烷類染料是一類極為穩(wěn)定的難降解物質(zhì)，但微生物具有適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、遺傳變異較快、易獲得新降解基因的特點(diǎn)，使環(huán)境中的一些微生物進(jìn)化形成了對該類染料進(jìn)行脫色、代謝分解的能力，因此微生物成為治理環(huán)境中三苯甲烷類染料污染最有效的“武器”[3]。目前已報(bào)道的從土壤、污泥等各類環(huán)境中分離到可脫色或降解三苯甲烷類染料的細(xì)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(bào)道的可降解三苯基甲烷類染料的細(xì)菌

2 三苯甲烷類染料脫色中間產(chǎn)物及途徑的研究

Yatome研究B.subtilisIFO 13719菌株在低細(xì)胞生長量的情況下對結(jié)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(xì)胞量時(shí)，結(jié)晶紫被完全降解[7]。分析其代謝產(chǎn)物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其中的2種主要代謝產(chǎn)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(chǎn)物[5]。翟毓秀的研究表明，孔雀綠在機(jī)體內(nèi)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(xì)胞色素P450催化下經(jīng)N-脫甲基作用生成初級(jí)和次級(jí)代謝產(chǎn)物芳香胺[10]。

Wang等分析了孔雀石綠在Exiguobacterium sp.MG2中的代謝產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)了6個(gè)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(shí)染料脫色，然后孔雀綠和無色孔雀綠在細(xì)胞色素P450單加氧酶催化下轉(zhuǎn)化為脫甲基孔雀綠和脫甲基無色孔雀綠[6]。該通路彌補(bǔ)了細(xì)菌降解三苯甲烷類染料無系統(tǒng)代謝通路的空白，同時(shí)進(jìn)一步驗(yàn)證了三苯基甲烷類染料還原酶TMR和細(xì)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(nóng)桿菌MTCC 8161中通過氣相色譜-質(zhì)譜法檢測到結(jié)晶紫的五種生物轉(zhuǎn)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(jié)晶紫生物降解可能的新途徑：結(jié)晶紫首先生物轉(zhuǎn)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(jìn)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(rèn)為，結(jié)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(jī)理還需進(jìn)一步研究。

李琛琛研究降解菌SJ-1（Sphingomonas sp.），發(fā)現(xiàn)該菌株降解結(jié)晶紫存在三種降解產(chǎn)物，即隱性結(jié)晶紫、隱性孔雀石綠和苯酚，并提出菌株SJ-1降解結(jié)晶紫的途徑可能為：第一步可能是結(jié)晶紫還原代謝成脂溶性的隱性結(jié)晶紫，第二步隱性結(jié)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(jié)論

目前，細(xì)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(yōu)化探索、非特異性酶系、零碎的代謝產(chǎn)物分析等方面，對代謝途徑、其分子機(jī)理及酶系統(tǒng)研究還相對較少[13]。二是對于微生物降解染料廢水所產(chǎn)生的有毒中間產(chǎn)物的處理尚需深入研究。三是脫色菌株大多只能在試驗(yàn)環(huán)境中高效降解一種染料，降解譜窄，同時(shí)降解多種有染料的能力有限，但是實(shí)際的印染廢水中存在多種染料，成分十分復(fù)雜，這使得染料降解菌很難進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

通過分子生物技術(shù)將降解性基因轉(zhuǎn)入繁殖力強(qiáng)和適應(yīng)性能好的受體菌株內(nèi)或?qū)⒔到飧鞣N化合物的基因克隆到同一菌株內(nèi)，構(gòu)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(xì)菌菌株入手，并進(jìn)一步深入探討降解過程中可能的代謝途徑、脫色機(jī)理、中間產(chǎn)物以及可能參與的酶、細(xì)胞色素系統(tǒng)等，為染料的環(huán)境治理奠定理論基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)降解細(xì)菌在染料污染治理方面的更好應(yīng)用。