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【摘要】綜述了鐮刀菌在環(huán)境保護中的應用研究進展，探討了鐮刀菌在生物脫除氮氧化物，生物降解酚類化合物、氰化物和合成染料，吸收、蓄積、降解多環(huán)芳烴等方面的作用機理，指出了其在環(huán)境保護中的重要作用和巨大的應用前景。

【關鍵詞】鐮刀菌；生物降解；環(huán)境保護

【中圖分類號】Q93【文獻標示碼】A【文章編號】

其結構穩(wěn)定，不易降解，且毒性大，對人體健康危害極大。這類污染物主要來源于化工、石油、農藥、電子、紡織、造紙、化妝品及制藥工業(yè)，它們通過多種途徑進入環(huán)境，對大氣、水體和土壤造成污染。近年的研究表明，微生物降解環(huán)境污染物成為治理環(huán)境污染的重要方法，以細菌和真菌中的白腐菌、酵母菌和青霉菌研究頗多[1]，而鐮刀菌(Fusarium)少有人涉及。鐮刀菌是真菌中一個常見且重要的種屬，在環(huán)境中分布極為廣泛，易培養(yǎng)，對營養(yǎng)物質要求不高，且抗毒性強。過去人們的注意力多集中在鐮刀菌及其所產毒素的危害上，為開發(fā)利用這一真菌資源，筆者綜合近年鐮刀菌在環(huán)境保護中的研究，探討了鐮刀菌在生物脫除氮氧化物，生物降解酚類化合物、氰化物和合成染料，吸收、蓄積、降解多環(huán)芳烴等方面的作用機理和其應用前景。

1鐮刀菌處理氮氧化物及其機制

Fusariumoxysporum的細胞色素P450NADH-NO還原酶（P450Nor）是屬亞鐵血紅素-硫醇蛋白家族，是真菌反硝化作用的關鍵酶，此酶能催化還原2分子的NO到1分子N2O，如反應式（1），它還可作為還原劑催化還原N2O4。Fe3+-NO復合體被認為是此酶的酶-底復合體，P450Nor在分子氧極為有限的時候，使得NO的還原加快，其催化機理見圖1，這與反硝化細菌的氧化氮還原酶不同，后者可以將NO直接轉化為N2，但所需時間比前者要長[2]。這為生物脫出氮氧化物的污染方面提供了理論支持和模式菌，必將在氮氧化物的治理技術上產生重要的影響。

圖1依賴NADH的NO催化還原反應機制

2鐮刀菌處理氰化物及其機制

利用鐮刀菌12號固定化細胞降解氰化物的研究表明，在培養(yǎng)基中添加氰化物可顯著提高誘導酶的活力，經海藻酸鈣固定后相對活性為89.68%，最適pH=8.0～9.0，最適溫度為35～45℃。固定化細胞柱連續(xù)處理濃度500ppm，流速15ml/h，運轉90h，出水CN-<10ppm。Alain等[3]從被氰化物污染的土壤中分離一株在堿性條件(pH9.2～10.7)下對氰化物有良好的降解效果的FusariumsolaniIHEM8026，并利用K14CN碳原子示蹤法研究了氰化物的降解途徑，認為氰化物降解有兩步反應：

在反應（2）中菌株沒有生長，在反應（3）中伴隨著菌株的生長，說明氰化物對菌株有一定的毒性，外加營養(yǎng)介質對反應（3）發(fā)生有著重要的影響。除氰化物水合酶外，腈水解酶也具有降解氰化物的活性。

Kobayashi等[4]認為腈水解酶酶解機理中氨基化合物是一個重要的中間體，當氰化物水合酶的最佳途徑為III時，腈水解酶的最佳途徑為IV/V（如圖2）。這樣可對含有CN-的堿性工業(yè)廢水不經酸化處理而直接進行生物處理，避免了HCN的揮發(fā)，這將對含氰廢水的治理產生重要的影響。

圖2腈水解酶/氰化物水合酶降解氰化物的途徑

3鐮刀菌處理酚類化物及其機制

鐮刀菌在芳香族化合物生物圈循環(huán)中也起著重要的作用，尤其是酚類化合物，如Fusariumflocciferm，Fusariumsp．FE11等對苯酚具有很強的降解能力[5]。李濟吾等[6]以苯酚為唯一碳源，研究了Fusariumsp．HJ01降解苯酚的動力學符合Andrews模型，見公式5，添加適量蔗糖可促進HJ01菌對苯酚的降解，在蔗糖添加量3g/L、初始pH=6.0、30℃的最適條件下，420mg/L的苯酚溶液經4d后可被HJ01完全降解。Santos等[5]認為苯酚是通過兒茶酚的鄰位斷裂開環(huán)，進入β-酮己酸代謝途徑，而被徹底礦化的，Fusariumsp.FE11的細胞提取物就具有兒茶酚1，2-雙加氧酶和苯酚羥化酶的活性，這不同于混濁紅球菌R7等細菌降解酚類物質的機制，后者是通過鄰苯二酚2，3-雙加氧酶催化酚類物質開環(huán)降解的。但鐮刀菌有細胞壁，比細菌有更強的耐酚能力，說明鐮刀菌在生物降解酚類化合物方面有著潛在應用價值。

4鐮刀菌處理多環(huán)芳烴及其機制

鐮刀菌可以降解土壤中菲、芘，經處理360h后，對菲、芘的降解效率分別76.96%和20.69%。Fusariumsolani通過14CO2示蹤法證實了其可使苯巴芘礦化，并同化為自身的生物量[7]，而且其胞內脂肪泡對多環(huán)芳烴（PAHs）也有累積和降解作用，其從培養(yǎng)基質里吸收PAH是不需能量的被動過程，累積過程不受其老化的影響。PAH在脂肪泡內的累積是PAH可能被氧化的開始位置，但累積和降解不是同步的。這說明鐮刀菌既可降解多環(huán)芳烴，也可累積回收多環(huán)芳烴，具有巨大的應用前景。過去對多環(huán)芳烴的生物降解的研究多集中于白腐菌，但白腐菌的生長周期長，且在營養(yǎng)生長階段不產生木質素氧化酶和錳過氧化酶等這類對PAH有降解作用的酶類，這就成了白腐菌在PAH治理應用中的瓶頸。

5鐮刀菌處理合成染料及其機制

合成染料大多是芳香族化合物，化學結構穩(wěn)定，不易降解，尤其是含璜酸基的蒽醌染料。多數研究是白腐菌降解偶氮染料，而白腐菌培養(yǎng)時間長，脫色時間大多在7～14d。李濟吾等[8]在國內外首次從膨潤土中分離篩選了一株高效降解蒽醌性染料酸性藍B的鐮刀菌Fusariumsp.HJ01菌株，該菌株在25℃下培養(yǎng)96h后，加入到含100mg/L酸性藍B的液體培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)96h時，酸性藍B的脫色率達100%，并指出該菌株所產的漆酶在酸性藍B的降解中起著關鍵的作用，而且該染料的降解分為兩個階段，首先是染料的吸附、富集階段，菌體變?yōu)槿玖系念伾黄浯问巧锝到怆A段，被染料染色的菌體逐漸變?yōu)樵瓉砭w的顏色。在第二階段，染料的生物降解包括兩個步驟：一是染料透過HJ01菌株的細胞壁進入質膜，二是在質膜上的傳遞并通過菌體細胞的生命活動如漆酶的產生，使氧化、還原等過程得以發(fā)生，從而促使其降解。這也顯示出鐮刀菌在印染廢水處理中的應用前景。

6問題與展望

鐮刀菌在環(huán)境保護中日益顯示其巨大的應用前景，但鐮刀菌自身也有缺點，有的種類能產生毒素，如單端孢霉烯族化合物、玉米烯酮、串珠鐮刀菌素和丁烯酸內酯等。但隨著現代基因技術的日臻成熟，采用馴化、培養(yǎng)和誘變、遺傳、克隆等技術，使得高效菌株的選育成為可能。為了更好地利用鐮刀菌這一常見且重要的真菌資源并結合近年的鐮刀菌在環(huán)境保護中的研究情況，建議今后的鐮刀菌研究工作應集中在：

（1）進一步開展高效且無毒鐮刀菌的選育研究和鐮刀菌所產毒素的快速檢測技術研究，采用基因工程等現代科學技術，構建高效降解環(huán)境有毒污染物的新型優(yōu)良菌株，擴大其應用范圍。

（2）大力加強高效鐮刀菌應用工藝的開發(fā)研究，確定反應器構型、操作條件等工藝參數，建立示范工程，盡快使高效菌的應用產業(yè)化。

隨著鐮刀菌在環(huán)境保護中的應用研究的不斷深入，這種真菌資源必將在改善環(huán)境質量，促進環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的事業(yè)中發(fā)揮重要作用。

參考文獻

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