探索奇妙微生物：自然环境中的生态医生

引言

生物降解是一个自然过程，其通过微生物进行物质的分解，生物降解对于维护生态系统的稳定运转非常重要。

图1、微生物降解作用    

什么是生物降解？

生物降解是通过微生物的催化还原将复杂的有机物或无机物分解成更小、更简单的物质。地球上几乎所有物质都可被微生物降解，唯一区别是降解的时间。

微生物遵循两种降解模式，即矿化和共代谢。一些微生物表现出优异的代谢活性，可转化降解多种化合物，如多氯联苯、碳氢化合物、放射性核素和金属等。

微生物降解被认为是去除复杂有机物，最受青睐和可持续的措施之一。

污染物

工业革命以来，人类合成了许多剧毒有机化合物，如燃料、多环芳烃（PAH）、染料、农药和一些合成化学品，直接或间接影响到长期环境。

1 多环芳烃 (PAH)

多环芳烃是一种疏水性有机污染物，易在沉积物、土壤和空气中发现，可通过尿液样本检测

2 多氯联苯 (PCB)

多氯联苯是一种人造化学品，具有稳定化学性质和广泛用途，可能导致癌症和干扰内分泌

3 农药

农药对作物生产力有提高作用，但也会导致浮游动植物数量减少和动物生育能力降低

4 染料

最常用的染料是偶氮染料，含有与苯酚或胺基偶联的重氮化胺以及单个或多个偶氮 (-N=N-) 基团

5 放射性核素和重金属

放射性核素和重金属可通过微生物的生物浸出和生物吸附机制进行处理

参与降解的微生物

细菌、真菌和酵母等是生物降解过程的常见物种

1 细菌（Bacterial Strain）

细菌种类繁多，可降解多种有机物，如碳氢化合物、芳香烃、PCB和农药

2 植物促生长细菌（Plant Growth Promoting Bacteria）

植物促生长细菌有助于植物代谢和排毒，并可降解PAH、PCB和有机磷杀虫剂

3 真菌（Fungal Species）

真菌可在低pH值和潮湿地区生存，具有降解高分子化合物、木质素等难降解物质的能力

4 酵母（Yeast）

酵母可降解酚类、烷烃和多种有机物，如增塑剂、杀虫剂和多氯联苯等

5 转基因微生物(Genetically-Modified Microorganisms)

转基因微生物通过基因修饰提高降解能力，可用于处理多种有机物和重金属

生物降解阶段

生物降解过程可分为三个过程——生物劣化、生物碎化和同化。生物劣化是指化合物结构的机械、物理和化学弱化，生物碎化是指微生物将复杂化合物分解为简单分子，同化是将旧结构转化为新化合物。

生物降解的影响因子

土壤类型和有机质

含水层饱和度

CO2、甲烷和氧气浓度

微生物间对碳源的竞争或噬菌体和原生动物捕食

产酶微生物数量

酶亲和力

pH值、温度、湿度和渗透压等

总结

工业化进程开始以来，人类不断向环境中释放各种化学污染物，极大地影响了自然平衡。大自然利用微生物代谢通过生物降解这些有毒化学物质来清除废物。微生物表现出了将合成化合物转化为稳定形式的能力和消化机制，进而净化生态系统。