汞的生物反甲基化（化學）

內容簡介

生物反甲基化的過程稱為生物反甲基化作用。這兩種作用構成了微生物的汞循環(huán)。

機理

20世紀60年代末明確提出在汞的生物甲基化中起主要作用的是微生物。因微生物類群的不同，甲基化作用可在需氧或厭氧條件下進行，其轉化機理主要有酶促反應和非酶促反應兩種。非酶促反應機理依據厭氧菌甲烷形成菌 (Methanoenic omelia) 合成的甲基鈷氨素作為甲基供體,在有三磷酸腺苷(ATP)和中等還原劑的條件下把無機汞轉化成甲基汞或二甲基汞，與此同時甲基鈷氨素轉化成羥基鈷氨素。甲基化的酶促反應是由微生物直接參與進行的。細菌利用培養(yǎng)基中豐富的維生素，在細胞內產生轉甲基酶，促使甲基轉移，但酶的種類還不清楚。從底泥、土壤和魚的內臟、魚鰓中發(fā)現(xiàn)，能使汞甲基化的微生物種類很多，厭氧菌中有匙形梭狀芽孢桿菌(Clostridium cochlearium),需氧菌中有熒光極毛桿菌(Pseudomonas fluorescens) 草分枝桿菌 (Myco-bacterium phlei)大腸桿菌等甲基化速度取決于酶的活性，并與營養(yǎng)環(huán)境以及半胱氨酸和維生素B(等因素有關。厭氧條件下硫化物的存在往往會抑制汞甲基化的進行。在自然界中甲基化速度的加快會引起水體水質惡化，使毒性加大。

自然界的生物是相互作用和相互制約的。受汞污染的底泥中還存在著另一類抗汞微生物，它們有反甲基化作用，能去除甲基汞的毒性。1968年以來已發(fā)現(xiàn)各種抗汞細菌200多株，典型菌株為假單胞桿菌K62(Pseudomo-nas K62)。這些微生物能把氯化汞還原成金屬汞，也可使有機汞如甲基二、乙酸汞和苯基汞等轉化成金屬汞以及相應的化合物，如甲烷、乙烷和苯。利用微生物的這種功能可發(fā)展生物冶汞技術。

微生物對汞的抗性機理同對藥物的抗性機理相似。1971年有的學者從抗藥物的大腸桿菌中提取到一類汞釋放酶系,其中主要的酶為S-1酶，它起著使C-Hg 鏈裂解的作用，而后再經金屬汞釋放酶（MMR-酶）使汞化合物還原成金屬汞。在這種反應中,黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)作為輔酶，葡萄糖脫氫酶起傳遞電子的作用。

應用

隨著分子遺傳學的發(fā)展，生物甲基化和微生物抗汞的生態(tài)學研究已推向分子水平，近年來開展了微生物轉化汞的遺傳控制研究。1979年的研究指出，細菌的抗汞性能受遺傳質粒和染色體的調節(jié)和控制，某些具有抗汞性的細菌質粒有移位的潛力，使不具有抗性的細菌細胞獲得抗性。這將進一步闡明底泥中細菌能使汞遷移轉化和使廢料中汞實行再循環(huán)的基礎。為了提高微生物的抗汞能力，有的學者已應用質體轉移新技術得到新的質粒（MER質粒）,細菌具有這種新質粒，抗汞能力可提高40倍左右。

利用微生物還原汞的功能,可使金屬汞沉淀回收,揮發(fā)的汞可用活性炭吸附。微生物除汞方法主要有：①選育高效抗汞微生物處理含汞廢水：如應用選育的高效抗汞菌──假單胞桿菌 K62可處理含甲基汞、乙基汞、硝酸汞、乙酸汞、硫酸汞、氧化汞和氯化汞等廢水，金屬汞回收率達80%以上，菌體能重復用三次。②采用除汞：依靠活性污泥中的抗汞菌將汞還原為金屬汞，活性污泥系統(tǒng)本身還可吸附汞。③采用濾池法除汞：用馴化活性污泥掛膜處理生化需氧量 (BOD)低的含汞廢水。④使用硫化氫沉淀汞：借助于其他微生物產生的硫化氫與水溶性汞結合成硫化汞，硫化汞溶度極小，可以在沉淀后除去。

發(fā)展前景

近十幾年來，汞的生物轉化的研究受到學者們的重視。中國在這方面的研究還剛剛開始。關于汞的生物甲基化和微生物抗汞機理雖比其他金屬轉化機理清楚，但有不同的見解和學說。微生物法除汞的研究，目前僅限于配水和小型試驗。關于汞轉化的遺傳學控制研究在理論和實踐上都具有重要意義。