生物表面活性剂对土壤中微生物降解疏水性有机物的作用机制(3)

钟华等：生物表面活性剂对土壤中微生物降解疏水性有机物的作用机制

所添加的菌剂的细胞浓度减少几个数量级，从而使得土壤深层的污染物降解困难。在生物表面活性剂的作用下，菌体的传输性能可以得到加强。Ｂａｉ

等旧峙艮道了生物表面活性剂鼠李糖脂对防止外加

菌种在土壤颗粒表面的不可逆吸附和增强菌体在土壤层中穿透性能的有效性。Ｌｉ和Ｌｏｇａｎ也发现在单

鼠李糖脂作用下一株争论贪噬菌（Ａｌｃａｌｉｇｅ麟ｐａｒａｘｏ—

Ｃ／／。Ｓ）和一株筛选的革兰氏阴性菌在两种单一成分介质（玻璃珠和石英粉）和两种土壤介质中的吸附系数

有所下降Ｅ２１Ｉ。生物表面活性剂的这种作用可能有

三种原因：（１）生物表面活性剂在微生物表面的吸附改变了它们的表面性质（如表面电荷性质、亲水亲脂性能），使它们与土壤颗粒成功碰撞产生吸附的几率变小；（２）生物表面活性剂吸附和覆盖于土壤颗粒表面，占据了微生物细胞的吸附中心，它们伸向土壤水

相的部分对微生物细胞存在排斥作用；（３）生物表面

活性剂能够溶解对微生物细胞起固定作用的胞外多

聚糖并促成流动性的生物膜的形成。如果以上解释

成立，那么富集于土壤表层的微生物群落或添加菌剂将可以随着下渗的生物表面活性剂溶液到达土壤的深层。

对于小范围土壤介质中降解微生物菌落，它们向四周扩展性能对污染物的降解也有重要意义。生

物表面活性剂有加强茵体移动和菌落扩展能力的作

用。Ｍａｔｓｕｙａｍａ和Ｎａｋａｇａｗａ报道，粘质沙雷氏菌（ＳｅｒｒａｔｉａＭａｒｃｅｓｃｅｎ蠊）菌落在它自身产生的生物表面活性剂沙雷维婷（ｓｅｒｒａｗｅｔｔｉｎ）的作用下表现出了显著

的扩展生长，并且在琼脂培养基上形成了巨大的海

湾状轮廓的菌落，而不能产生沙雷维婷的变种则没有这种旁枝生长现象陇Ｊ。他们认为，由粘质沙雷氏菌产生的沙雷维婷减弱了周围水相的张力作用，使得菌落扩展的阻力变小而生长范围增加。用产生的生物表面活性剂莎凡婷的枯草芽孢杆菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ

ｓｕｂｔｉｌｉｓ）和没有这种性状的变种进行的实验中也有类似结果，表明具有表面活性的生物脂类物质在表

面环境中对细胞的活动性能有重要影响１２３＇２４Ｊ。２．２细胞表面性质及其在污染物表面的吸附

根据菲克扩散定律，有机污染物向降解微生物的传质加强作用不仅源自它们在土壤水相中的分散增强，同时也可以由两者之间更大的基质浓度梯度引起。降解微生物可以通过减小和污染物源之间的距离（如贴近污染物基质并形成生物膜），或者通过形成与｝亏染物有高亲和性摄取体系以更有效地降低它们周围水相中基质浓度来增大浓度梯度Ｌ２５Ｊ。就

前一种机理，微生物在污染物表面的附着很关键。而微生物细胞的表面性质是决定其附着能力的主要因素。生物表面活性剂通过在菌体细胞膜外层的吸附，能够调节细胞表面的亲水亲脂性能，从而影响微生物的附着过程和污染物的吸收。

在生物表面活性剂的作用下细胞表面的疏水性增加被认为可以加强菌体和污染物之间的亲和力而导致两者的吸附。有研究显示，与细胞壁相关联的阴离子海藻糖脂防止了细胞表面的润湿而增强了细胞在水相和有机相之间的直接接触嘶Ｊ。Ｇａｌｌｅｇｏ等１２７Ｊ发现，不动杆菌（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ）自身产生的生物表面活性剂能够促进菌株在有机污染物液滴上的吸

。附，并且于生长在柴油琼脂培养基上的菌落周围产

生白色乳化物。对菲的一些降解菌的表面性质的考察表明，生物表面活性剂通过移除细胞膜外层的脂

多糖加强了细胞表面的疏水性，有助于菌体与基质

的直接作用［２８，２９］。Ｈｕａ等［３０］报道，在它自身产生的生物表面活性剂的作用下，一株南极假丝酵母（ＣａｎｄｉｄａＡｎｔａｒｃｔｉｃａ）表面疏水性增加，并且它对与产生生物表面活性剂碳源有相似结构的烷烃的降解能力增强。

然而生物表面活性剂改变细胞表面亲水性能的机制要视具体情况而定。Ａｒｉｎｏ等１３１Ｊ考察了一株铜绿假单胞菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）表面性质的变化，发现细胞的疏水性在甘油培养基中发酵２００小

时之后（进入静止期）开始减弱并下降到约为原来的一半。在十六烷的降解实验中也得到了类似的结果。他们认为，生物表面活性剂鼠李糖脂从细胞膜

外层的释放引起了溶液中其浓度的上升和细胞表面

疏水性的减弱。对于其它一些菌种（如不动杆菌

（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ）），它们自身产生的生物表面活性剂在细胞上的附着能够减小细胞表面的疏水性【３２ｊ。就脂肽类的生物表面活性剂而言，Ａｈｉｍｏｕ等［３３Ｊ认为生

物表面活性剂分子极性端易吸附到弱疏水性的细胞

膜表面，而非极性端易吸附于强疏水性细胞膜表面，从而伸向细胞外侧的分子基团使得细胞表面的亲水性能与原来的相反。

从微生物的生理角度，Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ对这种现象的

解释是，附着在菌体表面的生物表面活性剂分子的

定向排列是微生物根据在有机污染物表面吸附和解

吸需要而调节表面性质的手段。他进一步认为，生物表面活性剂分子在许多有机污染物降解菌种的生长初期附着在菌体表面，使之疏水性增强而加强其吸附，而在菌体生长的静止期它们从外层细胞膜释

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