微生物激活效果：应用微生物学原理与技术

微生物对有机物的转化作用，除去毒以外，还有另一种作用即激活作用。 激活作用（activation）指无害的前体物质形成有毒产物的过程。 从这种意义上说，微生物群落也可以产生新的污染物。 应当懂得生物修复分解了靶标化合物未必就是消除了有害物质的危险性。 所以需要密切监视生物修复系统中有机物分子降解的中间产物和最终产物及其毒性。 激活作用可以发生在微生物活跃的土壤、水、废水和其他任何环境。 产生的产物可能是短暂的，是矿化过程中的中间产物；也可能持续很长时间，甚至引起环境问题。 激活作用的结果是生物合成致癌物（carcinogens）、致畸物（teratogens）、致突变物（mutagens）、神经毒素（neurotoxins）、毒植物素（phytotoxins）、杀虫剂（insecticide）和杀菌剂（fungicide）。 激活的产物有时会改变迁移性，使其更容易迁移或更不容易迁移。

1)激活反应

常见的有代表性的激活反应有以下一些。

（1）脱卤作用

三氯乙烯（trichloroethylene，TCE）在微生物降解过程中会发生重要的激活作用，TCE 使用很广泛，许多含水层受其污染。 TCE 降解的主要产物是经过脱卤作用形成氯乙烯，后者为强致癌物。 在受TCE 污染的地下水中以及进行厌氧细菌生物修复过程中经常可检出氯乙烯。TCE 在甲烷营养的培养物中不进行脱卤反应，不会形成氯乙烯，氯原子会向邻近碳原子转移，形成2，2，2-三氯乙醛。 三氯乙醛既是致癌物又有急性毒性，如果和乙醇饮料一起摄入会使人立即失去知觉。

（2）环氧化作用

微生物可以使一些带双键的化合物形成环氧化物，例如有一些农药的产物比前体对动物更具毒性，如艾氏剂在土壤微生物和培养液中转化为环化物狄氏剂。 由于狄氏剂的毒性和持久性强，用于防治地下害虫的艾氏剂和狄氏剂已被禁止使用。 有些地方的土壤在20 年前用过艾氏剂，至今还有狄氏剂的残留。

（3）酯的水解

一些酯类除草剂经水解酶作用成为游离酸，发挥其毒素作用，如麦草氟甲酯、新燕灵和禾草灵施入土壤中会有此反应。

（4）甲基化(www.xing528.com)

微生物甲基化激活作用的典型例子是金属汞、砷和锡的甲基化。 汞甲基化后，在鱼体内富集可比水环境中的汞高几个数量级。 有机汞的特点是有毒，代谢缓慢，易为生物积累，汞-甲基键在生物体内十分稳定，烷基增大了汞化合物的脂溶性，使得这类化合物在有机体内有很长的半衰期。 甲基汞能穿过血脑屏障损害中枢神经系统。 在好氧和厌氧环境下，汞可形成一甲基汞和二甲基汞。

2)激活作用类型

（1）典型激活

在上节引用的例子中大部分都是严格意义上的激活，即产物比前体更具有毒性，其实对生物体的代谢毒害还可以表现在迁移性和持久性上。 产物更具迁移性和持久性则危害更大，有些微生物产物就是这样。 在地下水中产物比前体更容易检测到，产物比前体化合物在自然界消失得更慢。 例如，艾氏剂施用转化为狄氏剂后更持久，形成长期的污染。 从二甲胺转化为亚硝基二甲胺不仅致癌性提高，而且更容易穿过土壤进入地下水，并具有持久性。

（2）缓解

有时一种化合物（A）会具有两种转化途径:它可以转化为更有毒化合物B，即激活；也可以转化为无毒化合物C，由于A 向C 的转化而避免了A 向B 的激活，故称为缓解。

（3）生物毒性谱的变化

对一类生物有毒的化合物，在分子结构改变以后会对完全不同的另一类生物有害，这就是毒性谱（toxicity gpectnim）发生改变。 它不是严格意义上的激活，而是对另一类生物激活。

毒性谱变化的例子很多，它们在微生物的作用下变化很大。 但是也有的作用是非生物的。有些化合物的母体化合物及其一两种代谢产物均只对一种生物有毒性。 例如，莠去津在土壤中去乙基后，母体及其产物均只对植物有毒；阿维菌素在土壤中由微生物转化为其2， 3-酮基的衍生物，由一种杀线虫剂转变为另一种杀线虫剂，在某些条件下代谢物比原来物质更持久。