聊聊微生物的降解潜力

微生物对环境中有机污染物的降解潜力，主要取决于微生物自身、污染物性质及环境因素等三个方面。下面我们就从这三个方面介绍微生物对有机污染物的降解潜力。

一、微生物自身特点

面对多种多样的“有机物大餐”，微生物是否有足够的钢牙和铁胃来“享用”就称为影响微生物降解潜力的关键问题。我们之前介绍过一些微生物的特点，比如“小”，其实微生物自身的特点，直接决定了微生物是否会有很强的降解潜力。①微生物个体微小、比表面积大、分布广泛：这个特点让微生物会有非常大的几率接触、摄取有机物，相当于给微生物安装了众多的牙齿。②种类繁多、代谢类型多样、降解酶系丰富：这些特点给微生物安了功能强大的“铁胃”，不管面对什么样的污染物大餐，都有可能吃得下、消化得了。③微生物繁殖快、容易变异、适应性也强：这些特点保证了微生物在较大范围的污染胁迫下也能生存，然后做出迅速调整。

微生物的这些特点是其降解潜力最大的保证，“打铁还需自身硬”嘛，有了这些基本条件，环境中的污染物开始颤抖吧。

二、污染物性质

普通的有机物，比如淀粉、单糖等“好吃的”基本上是没有办法逃脱“减肥”的命运的（很容易被代谢为更为简单的有机物，甚至是CO₂）。但并不是所有的污染物们都会坐以待毙，他们通过自身结构的复杂性，不但“努力”避免微生物的“捕食”，甚至可以“损伤、杀死”微生物（其实污染物的复杂结构还是我们人类“不小心”赋予的）。其中有一类叫POPs（PersistentOrganic Pollutants）的污染物群体，将抗性发挥到极致，我们来看看都有谁。

POPs是2001年联合国环境规划署启动的斯德哥尔摩公约（StockholmConvention on Persistent Organic Pollutants）中明确下来的，第一批包括12类，即艾氏剂、氯丹、滴滴涕、狄氏剂、二噁英、六氯苯、毒杀芬、异狄氏剂、二氯代苯并呋喃、灭蚁灵、七氯和多氯联苯，其结构见图1。在2009年5月，又列出了9种新的化合物，即多溴联苯醚（五溴和八溴）、全氟化合物及其盐、十氯酮、林丹（γ-六六六）、五氯苯、α-六六六、β-六六六、六溴联苯等，其结构见图2。可以看出他们都有几个共同点，即结构基本包含环烃、卤素取代丰富甚至达到饱和、空间结构复杂。

 
图1第一批POPs结构

 
图2第二批POPs结构

当然，也不是说面对POPs等难降解有机污染物，微生物们就没有办法，比如图3，PCBs也可以被一点一点蚕食。只不过面对不同性质的污染物时，微生物“啃食”（酶解）的速度不同罢了。结构简单的，降解速率快；结构复杂的，降解慢。可以用BOD₅/COD、基质生物可氧化性、基质生化呼吸线等方法进行评价。

 
图3PCBs代谢途径

三、污染物所处环境

除了污染物自身的稳定性，污染物还会找天然屏障，主要是跟土壤/颗粒的结合，或“老化”作用，考察指标可以采用生物有效性或生物可利用性等。通常认为随着老化时间的增长，污染物的生物可利用性降低，也就是不可利用部分增加（如图4）。

 
图4污染物在土壤中的可利用性

大部分土壤都存在直径小于100nm的空穴或孔洞，而0.3-1.0 nm的孔洞也是大量存在的。后者的尺度与污染物分子相近而远远小于微生物的尺度。随着老化时间的增加，污染物分子通过扩散等过程进入到土壤中的这些“remotesites”，进入这些“remote sites”的污染物就难以扩散出来，这就大大降低了其生物可利用程度。

土壤的有机质对污染物老化过程中不可利用部分的形成发挥着重要的作用，其作用有以下几种。一是可以作为分配相将污染物溶解其中；二是有机质中存在丰富的纳米级别的孔洞与空穴，使分配进入有机质的污染物以类似于晶格理论的形式嵌入在空穴中，牢固吸附污染物；另外，扩散到孔洞内的污染物可以通过缓慢扩散逃出孔洞，从而增加其可利用性，但如果孔洞内存在有机质膜层，将大大提高其吸附能力，降低污染物扩散出孔洞的可能性，使其生物可利用性大大降低。土壤的矿物部分也发挥着一定的作用，比如矿物粒子可以将吸附污染物的孔洞洞口堵牢，从而大大降低污染物扩散出的可能性。

另外，污染物的性质也对其不可利用部分有明显的影响。比如，随辛醇-水分配系数的增大，老化过程中形成的不可利用部分就越多。