硒的微生物转化

二、硒的微生物转化

硒是硫族中的一个元素，具有与硫相似的化学性质。它与汞、砷不同，其既是剧毒的微量元素，又是某些细菌、温血动物以及人类酶系的必要成分。硒用于电器、涂料、塑料、油漆、搪瓷及橡胶等行业。

自然界中的硒以硒酸盐、亚硒酸盐、单质硒、硒硫矿以及有机硒化物的形式存在。地壳中硒的平均含量估计为0.03～0.8ppm。海水中的浓度为0.09ppb，成人体内含量为13mg。各种硒指示植物或积累硒的植物可在含硒的土壤中生长，硒浓度达10000ppm或更高。

微生物具有转化某些硒化物的能力。

1.有机硒化物转化成无机硒化物

土壤中的硒化物被植物同化吸收以后，植物蛋白质中的硫常为硒所替代，植物死亡后可释放出含硒蛋氨酸及甲硒半胱氨酸，此外植物体内还含有其他的硒化物。这些均可被微生物矿化成无机硒酸盐或亚硒酸盐。

2.硒化物甲基化生成二甲基硒

土壤、湖泊沉积物以及未处理的城市污水中的几种无机及有机硒化物如亚硒酸盐［Se(Ⅳ)］、硒酸盐［Se(Ⅵ)］、硒半胱氨酸、硒脲等，都能经微生物作用生成稳定的二甲基硒。

从无机硒化物产生二甲基硒的真菌包括裂褶菌(Schizophyllum commune)、黑曲霉、短柄帚霉、假丝酵母以及青霉属的一些菌株。具有同样功能的细菌有棒状细菌、气单胞菌、黄杆菌和一些假单胞菌。甲基化过程是这些微生物的一种解毒机制。

3.硒化物还原为单质硒

抗硒的细菌和真菌能将硒酸盐［Se(Ⅵ)］和亚硒酸盐［Se(Ⅳ)］还原成单质硒。这包括假丝酵母属、梭菌属、棒杆菌属、微球菌属、根瘤菌属的一些种及其他的一些放线菌、真菌。这种还原作用很容易鉴别，因为在菌体内形成的单质硒是鲜红色的，菌落显出砖红色。氧化亚铁硫杆菌能代谢CuSe形成单质硒。

4.单质硒氧化成硒酸

一些光合紫色硫细菌能将单质硒氧化成硒酸。

5.硒微生物转化与硒污染环境的生物修复

农业及石油冶炼、采矿和化石燃料的燃烧使硒进入生态环境造成污染，进入土壤的硒化合物主要有硒酸盐(SeO₄²－、Se⁶⁺)、亚硒酸盐(SeO₃²－、Se⁴⁺)、硒单质(Se°)、2-甲基硒［DMSe，(CH₃)₂Se］和2-甲基二硒［DMDSe(CH₃)₂Se₂］。硒最毒的形式是硒酸盐和亚硒酸盐;甲基化的硒的毒性比无机硒低500～700倍，而硒单质是不溶解的被认为是毒性最小的含硒物。

硒污染土壤的非生物处理方法包括土壤清洗或沥滤;然而由于土壤中大量低溶解性的硒库的存在，这些都不是有效的处理方法。另一种方法是挖掘法，但那是高成本的，因此对大片污染地区也是不实用的。

硒污染环境生物修复具明显优越性而备受推崇，硒的生物修复的原理是基于大量微生物将氧化态的硒还原为不溶性的硒单质或挥发性的甲基化形式(如二甲基硒)。在厌氧条件下，产琥珀酸林氏菌和脱硫弧菌这些微生物能将SeO₄^2－和SeO₃^2－还原为硒单质。然而还原成为不溶性的硒不足以使土壤基质中的硒库保持稳定，氧化亚铁硫杆菌和巨大芽孢杆菌这些微生物能促进硒单质的重新氧化和溶解。因此对硒污染土壤进行长期的修复需要去除硒，对硒从根本上去除显得更加重要。以污染土壤所进行的微宇宙试验表明某些环境条件能影响微生物对硒的挥发作用。提高土壤湿度(－33kPa)、土壤混合程度及提高温度(35℃)和使用有机改良剂能提高硒的挥发。在温室试验中，对含硒为60.7mg/kg土壤的样品进行处理，并供给各种碳源以增强微生物对硒的甲基化，实验表明投加了橘皮的硒挥发性最高(～44%)，相比之下投加了肥料的为19.5%，投加果胶质为16.4%，而稻草加氮则比较低(8.8%)，在未加改良剂时则更低，硒的挥发为6.1%。在实验室研究的基础上，小区试验(在美国加利福尼亚San Joaquin流域的Kesterson河谷，面积为3.7×3.7m²)也随之进行，每个小区都使用不同的碳改良剂(包括肥料、麸皮、橘皮和酪蛋白)来促进微生物的活动和硒的甲基化，经过定期的耕种和灌溉，在100个月中，有68%～88%的硒从表层15cm的土壤中去除。