摘要苯酚是一種原型質毒物，對一切生活個體都有毒殺作用，且具有“三致”效應。概述了苯酚這一污染物的污染現(xiàn)狀，篩選出的苯酚降解菌的種類及降解特性，從而為高效適用型苯酚降解菌的篩選提供借鑒。

關鍵詞苯酚降解菌；研究進展；降解機理；降解特性

中圖分類號S181.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）05-201-05

基金項目國家自然科學基金（41201511）；湖南省自然科學基金（08JJ6018）；湖南省教育廳青年基金（12B059）；湖南省教育廳教改項目（SCX1114）。

作者簡介

陳煥（1989-），男，湖南岳陽人，碩士研究生，研究方向：環(huán)境污染物檢測與治理。*通訊作者。

收稿日期2014-12-29

隨著石油、化工、建材、陶瓷、造紙、煤氣、紡織、塑料、合成纖維和焦化等工業(yè)的迅速發(fā)展，含酚廢水排放量大大增加，對環(huán)境造成的污染也日益嚴重，并逐漸成為當前水體的主要污染源之一[1-2]。酚類化合物是一種原型質毒物，來源廣泛、數量多、危害較大，對一切生活個體都有毒殺作用，且具有“三致”效應，含酚廢水不經處理而任意排放，不但污染生態(tài)環(huán)境，而且會引起蛋白質變性和凝固，影響生物及人體健康與生存[3]。因此，許多國家（包括中國）已將其列入環(huán)境優(yōu)先控制污染物的黑名單和65種有毒污染物名單中[4]，含酚廢水的處理也已成為國內外重點治理的有害廢水之一[5-6]。大量的研究結果表明，酚類化合物雖然是一種生物毒性物質，但是很多微生物（包括好氧的和厭氧的）可利用酚類作為生長碳源，因此可以利用微生物處理含酚廢水。由于生物法具有應用范圍廣、處理能力大、設備簡單和比較經濟等特點，使其逐漸成為目前應用最廣的廢水處理技術，也是我國含酚廢水無害化處理的主要方法[7-8]。然而，越來越多的研究結果表明，傳統(tǒng)的生物法在含酚廢水治理方面還存在著微生物系統(tǒng)對酚的耐受性和降解能力不高、抗沖擊負荷能力差、處理時間較長、成本較高等問題，難以推廣[6-7，9]。在自然界中，微生物種類繁多、適應性強，且具有分解多種多樣自然和人工合成難降解有機物能力，對于減少污染、凈化環(huán)境具有很大的潛力，是環(huán)境污染修復的重要資源。因此，國內外學者從酚類物質污染的環(huán)境中分離、鑒定出多種降酚微生物菌株，并對其降解特性、降解機理等進行了深入研究。筆者通過查閱國內外文獻，就當前已經分離獲得的苯酚降解菌的研究現(xiàn)狀進行分析、歸納，從而為含酚廢水治理提供借鑒。

1苯酚降酚菌分類

目前，國內外共篩選獲得57個屬、212種苯酚降解菌，主要包括細菌和真菌兩大類（見表1）。其中，細菌159種，占75%；真菌53種，占25%。159種苯酚降解細菌分屬于42個屬，其中假單胞菌屬（Pseudomonas sp.）的菌株最多，其次是芽孢桿菌屬（Bacillus sp.）、產堿菌屬（Alcaligens sp.）和紅球菌屬（Rhodococcus sp.），共占苯酚降解細菌62.9%；其他38個屬僅1～4種苯酚降解菌，占37.1%。假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、產堿菌屬和紅球菌屬分別有55種、25種、11種和9種苯酚降解菌，分別占苯酚降解細菌總數的34.6%、15.7%、6.9%和5.7%，占篩選獲得的苯酚降解微生物菌株總數的25.9%、11.8%、5.2%和4.2%。51種苯酚降解真菌分屬于15個屬，其中酵母菌屬（Saccharomyces sp.） 最多，其次是假絲酵母屬（Candida sp.）和不動桿菌屬（Acinetobacter sp.）最多，占篩選獲得的苯酚降解真菌的73.6%；其他12個僅1種或2種，僅占26.4%。酵母菌屬、假絲酵母屬和不動桿菌屬分別有16種、12種和11種苯酚降解菌，分別占苯酚降解真菌總數的30.2%、22.6%和20.8%，占篩選獲得的苯酚降解微生物菌株總數的7.5%、5.7%和5.2%。在目前篩選獲得的212種苯酚降解菌中，假單胞菌屬和芽孢桿菌屬中苯酚降解菌較多，占37.7%。由此可見，苯酚降解菌主要是假單胞菌和芽孢桿菌。

2 苯酚降解菌的降解機理

苯酚降酚菌對苯酚的降解主要分為好氧降解和厭氧降解，在好氧降解上是一條羥化降解路徑，苯酚羥化酶是其降解的關鍵因素[10]。在好氧代謝過程中，一種是鄰苯二酚-2，3-加氧酶（C23O）途徑，另一種是鄰苯二酚-1，2-加氧酶（CatA）途徑。苯酚在苯酚羥化酶的作用下首先被轉化成為鄰苯二酚，鄰苯二酚C23O酶的催化作用下間位開環(huán)裂解成2-羥基粘糠半醛，逐步轉化后形成4-羥基-α-酮基戊酸，最終生成乙酸和丙酮酸等產物進入三羧酸循環(huán)（TCA），進入糖代謝途徑，繼續(xù)被降酚菌利用；另一種途徑為鄰苯二酚在CatA酶的催化作用下鄰位裂解為己二酸，沿著β-酮基己二酸的途徑降解，最終生成乙酰輔酶A、琥珀酸等產物進入微生物三羧酸循環(huán)[11-12]。

同時研究表明，苯酚在厭氧條件下也能被降解，Lack等[13]研究發(fā)現(xiàn)苯酚在厭氧降解時，是直接將苯酚羧化為4-羧基苯甲酸，進而形成苯甲酰輔酶A，然后轉化為乙酸等小分子物質最終達到降解的目的，這類途徑被稱作是Kolbe-Schmitt羧化反應。

合計57212

3 影響苯酚降解菌降解苯酚的因素

苯酚降酚菌的種類和外界因素對于苯酚降解效率均有著舉足輕重的影響。影響降酚微生物降解苯酚效率的常見因素有溫度、pH、苯酚初始濃度、外加碳和氮源、轉速（溶解氧）、金屬離子、鹽度，這些因素對降酚效率和同一因素對不同菌株的降酚效率的影響皆有所不同。

3.1溫度

已篩選出的苯酚降解菌絕大多數最適溫度都在25～35 ℃之間。同時也有研究表明，少數研究中篩選除了耐寒、耐高溫苯酚降解菌，降解率會隨著溫度降低或者升高成正比增加，馬溪平等[14]篩選分離得到的菌株Bb-2最低能在4 ℃下生長；唐赟等[15]分離篩選得到的菌株BF80最適生長和降解溫度達到65 ℃；金顯春等[16]篩選、鑒定得到的降酚菌AF1在50 ℃條件下仍然有較好的降酚效果；何熙璞等[17]篩選得到的節(jié)桿菌降酚菌F5-2在45 ℃條件下仍有50%以上的降酚效率。在所有降酚菌中耐低溫降酚菌（<10 ℃）占1.25%，耐高溫降酚菌（>45 ℃）占1.88%，其中唐赟等分離篩選的降酚菌AF1屬于嗜熱菌。

3.2pH

大多數降酚微生物最適pH范圍在6.0～8.0之間，最佳降解pH為7.0，降酚菌在合適pH范圍內生長能使降解率達到最優(yōu)。同時也存在少數降酚菌最適pH在6.0～9.0和7.0～10.0的。研究表明， 王祖佑等[18]分離得到的一株苯酚降解菌JFJ-2降解率隨著pH上升而增加，當pH達到10.0該菌株仍然能夠正常生長，高效降酚；龔斌等[19]分離、篩選到的苯酚降解菌在pH 4.0～9.0范圍內降解率均能達到80%以上?？偟膩碚f，不同菌株有著不同的最適pH范圍，但是適應范圍有所不同，一般情況下，當pH小于4.0或者大于10.0時，將抑制降酚菌生長，酚類化合物也很難被降解。

3.3苯酚初始濃度

初始酚濃度對于苯酚降解微生物在降解效率上也有著不同影響，有的菌種最適降解范圍為200～500 mg/L，部分高達200～2 000 mg/L，在這些最佳降解濃度范圍內都能將苯酚完全降解。一般來說，降酚菌對苯酚的降解時間會隨著苯酚濃度的增加而延長，但也不排除少數高效降酚菌有著特異性。超過菌株的最適降解濃度后，降解率會下降，也不會隨時間延長而改變降解率。研究表明，宋波等[20]研究發(fā)現(xiàn)的苯酚降解菌S1、S2耐受濃度均高達10 000 mg/L的菌株，并且有良好的降酚效果，這也能為今后降酚微生物的實際應用奠定良好的基礎。

3.4外加碳源、氮源

對大部分降酚菌來說在降酚過程中適量添加易降解碳源和氮源如葡萄糖、淀粉、蛋白胨、酵母粉、尿素等，對苯酚降解有明顯促進作用，降解時間縮短。 這是由于細菌優(yōu)先利用了易降解碳源和氮源，加快了細菌的生長繁殖速率，從而提高了降解速率。同時也有少部分降酚菌對于外加碳源和氮源或者部分外加碳源和氮源沒有提高降解效率的表現(xiàn)。對于外加碳源和氮源的添加也有一個最適量，添加過多則會使降酚菌過分利用易降解碳源和氮源，從而使降酚速率下降。研究表明，關曉燕[21]研究的降酚菌布魯斯桿菌在酵母膏、蛋白胨、蔗糖、乳糖等作為外加碳源存在時，對菌體的生長均有促進作用，其中蛋白胨的作用最為明顯；金顯春等[16]分離得到的降酚菌AF1添加葡萄糖由0 g/L變化到0.25 g/L，苯酚降解率顯著提高，而當其由0.25 g/L變化到1.0 g/L時，苯酚降解率卻逐漸下降，并逐漸低于無外加碳源時的降解率，這是因葡萄糖所引起的代謝反饋抑制，而以氯化氨和硝酸氨作為唯一氮源存在時，其對苯酚的降解幾乎無影響；岳黎等[22]對18種碳、氮源進行了降酚菌降解苯酚試驗，詳細分析了各種碳氮源對降酚菌XH-10的生長和降解率的影響，在生長方面乳糖、麥芽糖、淀粉、蛋白胨、酵母粉的促進作用大于葡萄糖、羧甲基纖維素鈉、氯化銨、乙酸銨、草酸銨、硝酸銨、尿素的促進作用，大于蔗糖、甘油、硝酸鈉的促進作用；乙酸鈉、磷酸銨、氯化銨具有明顯的抑制作用；在苯酚降解方面乳糖、麥芽糖、淀粉對試驗幾乎沒有影響，葡萄糖、羧甲基纖維素鈉有較小的抑制作用，蔗糖、甘油、蛋白胨、酵母粉、硝酸銨、尿素有一定的抑制作用，乙酸鈉、氯化銨、乙酸銨、硝酸鈉、磷酸銨、氯化銨、草酸銨有明顯的抑制作用。

3.5轉速（溶解氧）

降酚微生物降解苯酚時的轉速與溶解氧密切相關，轉速越快，水中溶解氧含量越高。對于好養(yǎng)類降酚菌來說，酚類化合物的降解主要通過氧化途徑，水體中氧氣的含量直接影響著降酚菌對苯酚的降解效率。 研究表明，在試驗裝置厭氧或者靜置條件下，由于缺氧或者供氧不足，將導致廢水中的苯酚降解緩慢甚至幾乎不能被降解。在有充分外界氧氣提供的情況下，供氧充足，苯酚的降解率明顯高于靜置厭氧培養(yǎng)。研究表明，大部分好氧降酚菌最適轉速在100～150 r/min，而許甜甜等[23]分離到的假單胞菌在轉速為250 r/min時苯酚降解率達到最高。

3.6金屬離子

金屬離子對于微生物降解苯酚大多會產生一定的影響，特別是常見的重金屬離子，如Hg2+、Co2+、Cu2+、Cd2+、Cr6+、Ag+等。研究表明，金顯春等[16]篩選的降酚菌AF1，在低于0.1 mmol/L的Cu2+、Mn2+和Zn2+下對苯酚的降解有一定促進作用，Hg2+、Pb2+等重金屬對苯酚降解有一定的抑制作用，Cd2+在低于0.05 mmol/L對苯酚的降解有促進作用，高于該濃度則有抑制作用；龔斌等[19]分離篩選的假單胞降酚菌JF-10在重金屬Pb2+、Cu2+、Ni2+濃度為0.01～0.1 mg/L時可以使苯酚完全降解的時間縮短10 h左右，Mn2+在0.01～0.5 mg/L濃度對苯酚的降解均有一定促進作用，分析發(fā)現(xiàn)JF-10對Cd2+、Pb2+、Mn2+、Ni2+重金屬抗性較高，可用于在重金屬Cd2+、Pb2+、Mn2+、Ni2+污染的水體環(huán)境中的苯酚污染的生物修復。

3.7鹽度

一般而言鹽度對微生物降解苯酚影響較大，高鹽度會使降酚菌的生長速率和降解速率迅速下降。研究表明，王祖佑等[18]分離篩選的降酚菌JFJ-2當含鹽量大于1.5%時，苯酚降解率急劇下降；顧立鋒等[24]篩選分離得到的一株德氏酵母菌Gb能在5% 鹽度（Na2SO4）情況下正常生長并高效降解苯酚；曲媛媛等[25]分離篩選的假絲酵母降酚菌W3在NaCl質量分數為5%、苯酚濃度為1 500 mg/L時，12 d苯酚的降解率可達到99.8%，并且W3的耐鹽度在10%以上。

4小結

含酚類物質特別是含酚廢水，對人們的健康生活影響越來越大，目前而言解決這一現(xiàn)狀的方法眾多。從污染源中分離篩選獲得高效的降酚菌酚，研究其降解特性，最后應用到含酚廢水處理系統(tǒng)中，是解決處理含酚廢水難以處理的一條良好、綠色、高效途徑。但是絕大多數研究結果顯示，目前找到的降酚菌的最佳降解濃度僅在300～1 000 mg/L，而實際上工廠排放的含酚廢水濃度高達幾千甚至上萬mg/L，對于如此高濃度的含酚廢水處理起來存在一定難度。所以在高效降酚菌的選育的同時，利用因子誘變、基因融合等現(xiàn)代生物技術及通過研究催化劑等其他能夠提高降酚效率的科技將對選育出綠色、高效、適用的降酚菌具有重大研究意義。美好的環(huán)境是人類健康生存的必要條件，篩選出高效、綠色、適用型降酚菌勢在必行。

參考文獻

[1]

DU Z Y， SUN X B.Study on Treatment of Simulated Wastewater Containing Phenol with the Peanut Shells Activated Carbon[J]. Advanced Materials Research，2010，113/116： 254-258.

[2] 李焱.高效苯酚降解菌的選育及其固定化方法處理含酚廢水[D].沈陽：沈陽藥科大學，2008.

[3] Agency for Toxic Substances， Disease Registry （ATSDR）.Toxicological profile for Phenol. Department of Health and Human Services[R].Public Health Service， Atlanta，2006.

[4] 周文敏， 傅德黔， 孫宗光. 水中優(yōu)先控制污染物黑名單[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測， 2008， 6（4）： 1-3.

[5] 張威， 張文. 國內外含酚廢水處理技術的研究與進展[J]. 環(huán)境保護與循環(huán)經濟， 2008（2）： 29-31.

[6] 劉江永， 吳桐， 張麗丹. 工業(yè)含酚廢水處理的研究進展[J]. 河南化工， 2010， 27（3）： 25-28.

[7] NAIR C I， JAYACHANDRAN K， SHASHIDHAR S. Biodegradation of phenol[J].African Journal of Biotechnology，2010， 7： 4951-4958.

[8] 孫敏， 陳劍虹. 微生物降解苯酚的工藝條件及能力研究[J].中國醫(yī)學工程，2010，12（3）：93-94.

[9] AZAM HADDADI， MAHMOUD SHAVANDI. Biodegradation of phenol in hypersaline conditions by Halomonas sp.strain PH2-2 isolated from saline soil[J]. International Biodeterioration & Biodegradation， 2010， 85：29-34.

[10] 向述榮，林敏.苯酚的生物降解基因組成及其調控機制[J].微生物學雜志，2010，21（3）：48-53.

[11] JUNI E. Genetics and phsiologigy of Acinetobacter[J].Annu Rev Microbiol，1978， 32： 349-371.

[12] 許玉泉. 醋酸鈣不動桿菌 pheaA2的 16S rDNA 測序及其苯酚降解特性研究[J].高技術通訊，2000，10（3）：12-14.

[13] LACK A， FUCHS G.Carboxylation of phenylphosphate by phenol carboxylase，and enzyme system of anaerobic phenol metabolism[J].J Bacteriol，1992， 174（11）： 3629-3636.

[14] 馬溪平， 艾嬌， 徐成斌， 等. 低溫條件下苯酚降解菌的分離鑒定及降解特性[J].生態(tài)環(huán)境學報，2009， 18（2）：418-421.

[15] 唐赟，劉沐之，梁鳳來，等.一株嗜熱菌的分離鑒定及其苯酚降解特性[J].微生物學通報，2006，33（5）：39-44.

[16] 金顯春，陳剛，徐翠蓮.苯酚降解茵AFl的篩選、鑒定及對含酚廢水的降解[J].河南科學，2008，26（12）：1546-1549.

[17] 何熙璞，劉鴻杰，張敏，等.苯酚降解菌F5-2的分離鑒定及其降解特性[J].高?；瘜W工程學報，2012，26（6）： 1001-1008.

[18] 王祖佑，馬慶霞，陳怡，等. 一株苯酚降解茵的選育及其降解苯酚性能研究[J].化學與生物工程，2009，26（10）：53-55.

[19] 龔斌，劉津.一株高效苯酚降解菌的分離、鑒定及降解特性的研究[J].環(huán)境科學學報，2006，26（12）：2008-2012.

[20] 宋波， 鄧曉皋. 兩株苯酚降解菌的初步鑒定及培養(yǎng)特性[J]. 四川師范學院學報， 2010， 23（4） ：375-377.

[21] 關曉燕.苯酚降解菌的分離鑒定及其特性研究[D].大連：大連理工大學，2008.

[22] 岳黎，唐贊，宋嫣，等.不同碳、氮源對苯酚降解菌菌的生長和苯酚降解的影響[J].西華師范大學學報，2012，33（2）：146-152.

[23] 許甜甜，陳軍.兩株苯酚降解茵的降解特性及對比分析[J].上海師范大學學報，2011，40（4）：411-415.

[24] 顧立鋒，何健，張瑞福，等.一株耐鹽苯酚降解酵母菌的分離及降解特性研究[J].土壤學報，2004，41（5）：756-760.

[25] 曲媛媛，周豪.一株耐鹽苯酚降解菌的分離、鑒定及特性研究[J].大連理工大學學報，2011，51（1）：25-30.

責任編輯張彩麗責任校對李巖