从纺织废水中 “挖掘” 神奇细菌：高效降解偶氮染料，守护环境与健康

《Scientific Reports》：Characterization and optimization of azo dyes degrading microbes isolated from textile effluent

为解决纺织废水偶氮染料污染问题，研究人员开展从纺织废水中分离鉴定可降解偶氮染料细菌菌株的研究。结果发现 4 种新菌株，明确了最佳降解条件，这为纺织废水生物修复提供新方向，对环境保护意义重大。

　　

研究背景

在当今时代，纺织行业蓬勃发展，为全球经济和人们的日常生活带来诸多便利。然而，其背后却隐藏着严重的环境问题。纺织生产过程中会产生大量废水，其中含有众多偶氮染料（azo dyes）。这些偶氮染料性质稳定，难以自然降解，一旦未经处理直接排放，就如同 “环境杀手” 一般，对水体、土壤和空气造成严重污染，进而威胁人类健康、动植物生存。

传统的物理和化学处理方法在应对这些染料污染时，弊端尽显。不仅成本高昂，需要大量昂贵的试剂和催化剂，而且还会产生二次污染，形成包含挥发性化合物和其他副产品的污泥。因此，寻找一种绿色、高效且经济的处理方法迫在眉睫。在此背景下，微生物降解技术逐渐进入人们的视野，成为研究的热点方向，而从纺织废水中筛选出能高效降解偶氮染料的微生物，就显得尤为关键。

研究概况

为了解决纺织废水偶氮染料污染难题，来自印度的研究人员展开了深入研究。他们从纺织废水中成功分离出 4 种新型细菌菌株，分别是鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas mali）、微黄假单胞菌（Pseudomonas leuteola）、腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）和弯曲芽孢杆菌（Priestia flexa）。研究发现，这些菌株能够有效降解甲基红（Methyl Red，MR）、直接黄 12（Direct Yellow 12，DY 12）和酸性黑 210（Acid Black 210，AB 210）等偶氮染料。这一成果发表在《Scientific Reports》上，为纺织废水的生物修复提供了新的方向和可能。

研究方法

1. 菌株分离与筛选：研究人员从印度蒂鲁布尔一家纺织厂的废水中采集样本，通过过滤、稀释等操作，在营养琼脂培养基上进行菌株分离。随后，将分离出的菌株接种到含有不同偶氮染料的培养基中，筛选出能够利用染料作为营养源的菌株1。
2. 鉴定与分析：利用 16S rRNA 基因测序技术对筛选出的菌株进行鉴定，确定其分类地位。同时，运用傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared spectroscopy，FTIR）分析染料降解前后的结构变化，以证实染料的降解。采用响应面法（Response Surface Methodology，RSM）研究 pH、温度和初始染料浓度等因素对染料脱色的影响，并优化降解条件23。

研究结果

1. 菌株筛选与脱色能力：从 89 个样本中成功筛选出 4 种具有偶氮染料脱色能力的菌株。其中，菌株 4 对 3 种染料的脱色率最高，在特定条件下，对甲基红、直接黄 12 和酸性黑 210 的脱色率分别可达 92.71%、83.02% 和 69.84%。并且，所有菌株对单偶氮染料（如甲基红）的脱色效果优于双偶氮染料（如直接黄 12）和三偶氮染料（如酸性黑 210）45。
2. 环境条件对脱色的影响：研究发现，延长培养时间，所有菌株对 3 种染料的脱色率均会增加。在 pH 方面，菌株在中性至碱性条件下脱色效果较好，酸性条件会抑制脱色。对于染料浓度，在一定范围内（如 150mg/L 以下），多数菌株能有效脱色，超过该浓度则会抑制细菌生长和酶活性。温度方面，不同菌株有不同的适宜温度范围，菌株 4 在 30°C - 40°C 时脱色效果最佳67。
3. 酶活性研究：对菌株 4 进行酶活性研究，发现其细胞外提取物中含有多种参与染料降解的酶，如偶氮还原酶（azoreductases）、漆酶（laccase）、木质素过氧化物酶（lignin peroxidase）和锰过氧化物酶（manganese peroxidase）。其中，偶氮还原酶和漆酶在染料脱色过程中活性显著增加，表明它们在偶氮键的断裂和染料降解中发挥重要作用8。
4. RSM 优化结果：通过 RSM 研究，建立了描述 pH、温度和初始染料浓度与脱色率关系的二次多项式模型。这些模型对 3 种染料的拟合度良好（R2 接近 1），能够有效预测不同条件下的脱色率，为实际应用提供了理论依据9。
5. FTIR 分析：FTIR 分析结果显示，经过细菌处理后，3 种染料的特征峰发生明显变化，证实了染料结构的改变和降解，表明染料被成功转化为其他代谢产物1011。

研究结论与讨论

本研究首次全面报道了新型细菌菌株对单偶氮、双偶氮和三偶氮染料的有效脱色作用，彰显了细菌在生态友好、经济可行的修复技术中的巨大潜力。从弯曲芽孢杆菌（Priestia flexa）AKSKSLAB04 中分析的酶表明，偶氮还原酶和漆酶是模型染料分解的关键贡献者。FTIR 分析展示了染料的结构变化，揭示了染料降解并转化为危害较小的代谢产物的过程。

不过，目前关于染料降解的具体机制以及二次代谢产物的形成过程尚不明确，仍需进一步深入研究。未来可着重研究如何提高细菌的脱色能力和酶活性，从而提升其降解效率。此外，将这些特殊的细菌菌株应用于生物反应器中，对未处理的废水进行大规模脱色处理，有望成为解决纺织废水污染问题的有效途径。这不仅有助于改善水质、保护土壤健康，还能减少对人类健康的潜在威胁，对实现可持续、生态友好的废水管理具有重要意义，为保护珍贵的水资源、推动社会可持续发展奠定了坚实基础。