夏丞垚，陳瓊珍，沈文靜，黃 彥，葉現(xiàn)豐，曹 慧，崔中利

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)環(huán)境微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210095；2.溫州大學(xué) 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 溫州 325035；3.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042)

隨著人口增長(zhǎng)和人類活動(dòng)不斷增加，人類在享受著化學(xué)品和天然礦質(zhì)資源等帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和物質(zhì)保障的同時(shí)，也面臨著超過1億人接觸有毒的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物的風(fēng)險(xiǎn)，以及每年上億噸的化學(xué)廢棄物進(jìn)入環(huán)境的潛在危害[1]。對(duì)硝基苯酚(PNP)廣泛用于醫(yī)藥、染料、農(nóng)藥、除草劑和殺菌劑等生產(chǎn)中[2]。在好氧環(huán)境中，甲基對(duì)硫磷、對(duì)硫磷等有機(jī)磷殺蟲劑，可迅速降解為PNP[3]。這類化合物在環(huán)境中殘留時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)對(duì)土壤及植物產(chǎn)生嚴(yán)重的危害[4]。

由于PNP具有高度水溶性，已在農(nóng)業(yè)土壤、地表水、地下水、雨水、空氣、活性污泥和工業(yè)廢水中檢測(cè)到，PNP的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)較為穩(wěn)定，苯環(huán)的存在發(fā)揮關(guān)鍵作用。分子結(jié)構(gòu)理論表明在苯環(huán)中存在著大 π 鍵，其結(jié)構(gòu)由于苯環(huán)中 π 電子的離域作用而變得更加穩(wěn)固。與此同時(shí)，苯環(huán)上的電子云密度受到苯環(huán)上的—NO2基團(tuán)強(qiáng)烈的吸電子特性的影響而大大降低，使得親電反應(yīng)在一般條件下很難進(jìn)行，并且對(duì)外界氧化酶的攻擊有著一定的抵抗作用[5]。

多國(guó)環(huán)保機(jī)構(gòu)先后將PNP納入“優(yōu)先控制污染物名單”中[6]。有研究表明PNP對(duì)多種非靶標(biāo)生物產(chǎn)生毒性[7-8]，如：PNP可誘導(dǎo)釀酒酵母有絲分裂重組或基因轉(zhuǎn)換[9]；在人類和動(dòng)物中，它會(huì)引起高鐵血紅蛋白血癥[10]，在這種情況下，血液中存在的過量高鐵血紅蛋白可能會(huì)干擾血液攜帶氧氣的能力；此外，PNP被證明可以誘導(dǎo)3種微藻菌株的抗氧化水平發(fā)生變化[4]。

1 PNP微生物降解資源

與傳統(tǒng)的化學(xué)物理法或者土壤淋洗等修復(fù)方法相比，生物修復(fù)因其對(duì)污染物完全礦化，不造成二次污染，被認(rèn)為是水土環(huán)境中PNP污染修復(fù)的理想方法[11]。其中利用微生物的污染物降解功能實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的分解是重要的手段，在環(huán)境綠色安全保護(hù)方面發(fā)揮著重要的作用。目前，許多能降解PNP的菌株被研究報(bào)道[12]。

由于芳香環(huán)上引入了硝基，PNP的生物降解非常困難。然而，微生物種類眾多，代謝類型多樣，分布廣泛，研究人員從不同環(huán)境中分離篩選了大量PNP降解微生物。雖然這些微生物表現(xiàn)出降解這類化合物的能力，但在高濃度條件下，PNP會(huì)對(duì)許多降解菌產(chǎn)生毒害作用并抑制其生長(zhǎng)，Sphingobacteriumsp.被證實(shí)對(duì)高濃度PNP(5 mmol/L)有良好的降解效果[13], 目前高濃度PNP降解菌鮮有報(bào)道，為了開發(fā)高效的微生物生物修復(fù)系統(tǒng)，有必要分離和篩選新的潛在微生物。

PNP降解菌株的研究主要集中在好氧細(xì)菌上，相關(guān)菌株的分離以及代謝通路都在不斷被闡明。對(duì)于厭氧微生物的研究還未深入開展，主要原因是厭氧微生物的分離和純培養(yǎng)需要嚴(yán)格的厭氧條件，操作復(fù)雜，難以控制。

2 PNP的微生物代謝途徑和相關(guān)基因的研究現(xiàn)狀

2.1 厭氧降解

降解PNP等芳香族化合物的厭氧菌少有研究報(bào)道，主要是由于其分離培養(yǎng)有著一定的困難，硝基芳香族化合物的厭氧降解大多以未經(jīng)鑒定的混合菌群為基礎(chǔ)，接種的微生物多為污水處理廠或厭氧污水處理系統(tǒng)的消化污泥。Oren等[14]首次報(bào)道了HaloanaerobiumpraevaknsDSM 2228和SporohalobactermarismortuiATCC 35420對(duì)PNP的厭氧降解作用，在H.praevaknsDSM 2228降解PNP的過程中，在硝基還原酶作用下，PNP首先被還原為對(duì)氨基苯酚(PAP)，但未發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步降解。隨后的研究也發(fā)現(xiàn)有多種微生物厭氧降解菌株得到分離，如Methanobacteriumformicium[15]、Methanogenic bacteria[16]等。由此可見，厭氧降解在生物處理中具有一定的應(yīng)用前景。

在厭氧狀態(tài)下，PNP首先被還原為對(duì)氨基苯酚，在有氧或無(wú)氧條件下，不管是純培養(yǎng)還是混合培養(yǎng)都能繼續(xù)降解[14, 17-18]。然而，也有研究提出不同觀點(diǎn)，認(rèn)為對(duì)氨基苯酚不能在厭氧反應(yīng)器里進(jìn)一步轉(zhuǎn)化[19]。

Chen等[20]利用厭氧半固定床生物膜反應(yīng)器(An-SFB-BR)處理高濃度PNP廢水，當(dāng)PNP進(jìn)水從0提高到540 mg/L時(shí)，PNP的平均去除率為98%；經(jīng)An-SFB-BR降解后，PNP的初級(jí)中間體對(duì)氨基苯酚(PAP)的轉(zhuǎn)化率可達(dá)80%；16S rRNA測(cè)序結(jié)果表明，隨著PNP濃度的逐漸增加，Methanobacterium豐度有所上升，這保證了PNP的去除效果。該研究為高濃度PNP廢水的生物處理提供了一種經(jīng)濟(jì)的途徑。

2.2 好氧降解

一些能夠降解PNP的好氧微生物已被發(fā)現(xiàn)存在于環(huán)境生態(tài)位中。降解PNP的細(xì)菌代謝途徑主要分為兩類。一類是在革蘭氏陰性菌如Burkholderiaspp、Moraxellaspp和Pseudomonasspp中的對(duì)苯二酚途徑[21-23]。Simpson等[24]證實(shí)，Pseudomonasspp能將PNP轉(zhuǎn)化為對(duì)苯二酚，并釋放出亞硝基；對(duì)其中相關(guān)酶進(jìn)行分離純化發(fā)現(xiàn)，通過黃素蛋白單加氧酶催化釋放出亞硝酸根是假單胞菌降解PNP的第一步，使PNP向?qū)Ρ蕉愚D(zhuǎn)化[25]。另一類是在革蘭氏陽(yáng)性菌如Arthrobacterspp、Bacillusspp和Rhodococcusspp中的1,2,4-苯三酚途徑[26-30]，PNP通過4-硝基兒茶酚和1,2,4-苯三酚途徑降解。

微生物種類和代謝多樣性決定了PNP代謝途徑和基因資源的多樣性。目前的研究結(jié)果豐富了對(duì)微生物降解PNP通路的認(rèn)知，微生物的代謝途徑和編碼基因在不同種屬中有著很大的差別，現(xiàn)將對(duì)目前已經(jīng)研究較為深入的菌屬做如下分述。

2.2.1 假單胞菌屬

Bang[31]對(duì)Pseudomonassp. ENV2030降解PNP進(jìn)行深入研究后發(fā)現(xiàn)，Pseudomonassp. ENV2030降解PNP是通過對(duì)苯二酚途徑進(jìn)行的。代謝PNP的具體途徑如圖1所示。在4-硝基酚單加氧酶作用下，每氧化1分子PNP生成對(duì)苯二酚時(shí)，它同時(shí)消耗2分子NADPH，因此推測(cè)PNP第一步先氧化為對(duì)苯二醌，然后將對(duì)苯二醌在對(duì)苯二醌還原酶的作用下還原為對(duì)苯二酚，但并未在此研究中檢測(cè)到對(duì)苯二醌。

圖1 Pseudomonas屬的菌株中PNP的代謝途徑[31]Fig.1 Proposed pathway for degradation of PNP by Pseudomonas[31]

張俊杰等[32-33]在Pseudomonassp. WBC-3中克隆得到PNP降解相關(guān)基因簇，菌株WBC-3利用PNP作為其碳、氮和能量的唯一來(lái)源，通過對(duì)苯二酚途徑進(jìn)行代謝，參與PNP分解代謝的基因位于3個(gè)不同的操縱子上：pnpA(編碼PNP 4-單加氧酶)、pnpB(編碼對(duì)苯醌還原酶)和pnpCDEFG(編碼催化對(duì)苯二酚轉(zhuǎn)化為對(duì)苯醌的酶)。在其隨后的工作中，Zhang等[34]發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子PnpR參與調(diào)控pnpR、pnpA、pnpB和pnpCDEFG等4個(gè)操縱子；后續(xù)的研究中，Wang等[35]發(fā)現(xiàn)另外一個(gè)靠近pnpR的基因編碼的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子PnpM也參與了pnpCDEFG操縱子對(duì)WBC-3菌株降解PNP過程中對(duì)苯二酚降解途徑的調(diào)節(jié)。

2.2.2 節(jié)桿菌屬

Liu等[36]研究發(fā)現(xiàn)，節(jié)桿菌屬Arthrobactersp.NyZ415降解PNP通過對(duì)苯二酚途徑，第一步反應(yīng)是在單加氧酶的催化下將PNP降解成羥基對(duì)苯二酚。與之不同的是，Chauhan等[37]則揭示了節(jié)桿菌Arthrobactersp. RKJ100另一條降解途徑，PNP首先在未知酶的作用下被催化生成對(duì)苯醌，然后對(duì)苯醌被進(jìn)一步降解為對(duì)苯二酚、γ-羥粘康酸半醛和β-酮基己二酸酯，最后β-酮基己二酸酯在三羧酸(TCA)循環(huán)中被代謝。

此外，Arthrobactersp.CN2和Arthrobactersp. JS443通過另一條途徑來(lái)降解PNP[38-39]。PNP在Arthrobactersp.CN2中的單加氧酶作用下催化生成4-硝基鄰苯二酚，再轉(zhuǎn)化為1，2，4-苯三酚和馬來(lái)酰乙酸酐，最后，馬來(lái)酰乙酸被TCA循環(huán)降解。而在Arthrobactersp. JS443降解PNP過程中，PNP首先在單加氧酶作用下羥化生成4-硝基鄰苯二酚和4-硝基間苯二酚；然后，4-硝基鄰苯二酚和4-硝基間苯二酚在單加氧酶體系催化下反應(yīng)生成1，2，4-苯三酚，進(jìn)一步開環(huán)形成馬來(lái)酰乙酸(maleylacetate)；最后，馬來(lái)酰乙酸經(jīng)β-酮己二酸途徑代謝[38]。Perry等[29]在Arthrobactersp. JS443中克隆得到PNP代謝的基因簇，該基因簇包含4個(gè)參與特定代謝的功能基因，與之前報(bào)道所不同的是，這個(gè)基因簇編碼的酶系通過另一條代謝途徑來(lái)進(jìn)行PNP的降解；在Arthrobactersp. JS443中，在NpdA2的催化作用下，PNP先生成對(duì)苯醌后生成羥基對(duì)苯醌；在體內(nèi)還原酶的作用下，生成對(duì)苯二酚和偏三苯酚，在NpdB作用下間三酚開環(huán)(圖2)。因Arthrobactersp. JS443不能降解生成的對(duì)苯二酚使得其積累，這給在降解由C14標(biāo)記的PNP過程中檢測(cè)到對(duì)苯二酚一個(gè)合理的解釋。

圖2 Arthrobacter sp. JS443中通過1,2,4-苯三酚途徑降解PNP[29]Fig.2 Proposed pathway for degradation of PNP via 1，2，4-benzenetriol by Arthrobacter sp. strain JS443[29]

2.2.3 紅球菌屬

目前有Rhodococcussp. PN1和RhodococcusopacusSAO101這2個(gè)Rhodococcus菌的菌株克隆到PNP降解相關(guān)基因的研究報(bào)道[26, 40]。Rhodococcussp. PN1和RhodococcusopacusSAO101與傳統(tǒng)的革蘭陽(yáng)性菌PNP代謝途徑是一致的。催化PNP代謝第一步的酶是一個(gè)異質(zhì)雙組分酶(對(duì)硝基苯酚單加氧酶)，由2個(gè)亞基組成。黃素單加氧酶作為大亞基，還原酶是小亞基。在FAD和NADH存在下，對(duì)硝基苯酚單加氧酶首先催化PNP生成4-硝基兒茶酚，再經(jīng)過脫硝基作用生成偏三苯酚。通過對(duì)體外表達(dá)的不同亞基活性的測(cè)定，目前認(rèn)為苯環(huán)羥化和加氧脫硝基是大亞基的功能，而FAD的還原則是小亞基的主要功能，它提供還原力幫助大亞基發(fā)揮活性。Rhodococcussp. PN1中將對(duì)硝基苯酚羥化生成4-硝基兒茶酚的羥化酶在序列上與苯酚羥化酶和4-苯基乙酸3-羥化酶高度相似。RhodococcusopacusSAO101 PNP單加氧酶的NpcB組分與GeobacillusthermoglucosidasiusA7的還原酶PheA2同源性不高，只有32%，表明編碼該酶的可能是一個(gè)新的基因。綜上分析，研究者將異二組分酶PNP單加氧酶劃分到黃素單加氧酶(TC-FDM)家族。

2.2.4 紅細(xì)菌屬

Rhodobactercapsulatus需要在較低的氧氣濃度下完成PNP的降解，并非傳統(tǒng)的光營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌通過還原途徑進(jìn)行厭氧降解[41]，Roldan等[42]通過對(duì)光合細(xì)菌RhodobactercapsulatusE1F1的研究發(fā)現(xiàn)在該途徑中，苯環(huán)開環(huán)之前硝基并未脫去，PNP在NADH依賴的單加氧酶作用下轉(zhuǎn)化為4-硝基兒茶酚，然后通過鄰位開環(huán)直接生成4-硝基酮己二酸，再經(jīng)過脫硝基進(jìn)入到相應(yīng)代謝循環(huán)(圖3)，該途徑不同于Moraxella[43]和Pseudomonas[44]中的途徑，因?yàn)樵谶@些途徑中，硝基在苯環(huán)打開之前脫去。

圖3 Rhodobacter capsulatus中新的PNP代謝途徑[41]Fig.3 Proposed pathway for the degradation of PNP by Rhodobacter capsulatus[41]

2.3 混合代謝途徑

在假單胞菌和伯克霍爾德屬PNP降解菌中存在著對(duì)苯二酚和1,2,4-苯三酚的混合降解途徑(圖4)。Pseudomonassp. WBC-3和P.putidaDLL-E4中缺少將PNP轉(zhuǎn)化為4-NC的關(guān)鍵酶，但它們編碼的PNP 4-單加氧酶具有將4-NC轉(zhuǎn)化為1,2,4-苯三酚的能力，并通過1,2,4-苯三酚開環(huán)酶的作用進(jìn)一步降解[45-46]。Burkholderia屬不同菌株P(guān)NP代謝途徑存在差異，B.cepaciaRKJ200降解PNP和4-NC的基因位于相同的降解性質(zhì)粒上，PNP的降解是通過對(duì)苯二酚途徑，4-NC則首先轉(zhuǎn)化為1,2,4-苯三酚，再還原為對(duì)苯二酚進(jìn)行降解[47]，而在Burkholderiasp. SJ98中，PNP通過類似于革蘭陽(yáng)性菌的代謝途徑進(jìn)行降解[48]。

圖4 假單胞菌和伯克霍爾德屬中降解對(duì)硝基苯酚和4-硝基兒茶酚的混合途徑[45,47]Fig.4 Mixed PNP and 4-NC degradation pathway in Pseudomonas and Burkholderia[45,47]

3 對(duì)硝基苯酚降解相關(guān)基因簇及其調(diào)控模式

由于受基因組大小的限制，原核生物中參與同一個(gè)生物學(xué)過程的相關(guān)基因往往以基因簇的方式組織在一起。雖然來(lái)源于不同的微生物，但微生物參與PNP降解的關(guān)鍵酶編碼基因均以基因簇方式存在。PNP代謝可以分為上游代謝途徑和下游代謝途徑，上游代謝途徑負(fù)責(zé)PNP脫硝基轉(zhuǎn)化為對(duì)苯二酚或1,2,4-苯三酚，下游代謝途徑負(fù)責(zé)對(duì)苯二酚或1,2,4-苯三酚的開環(huán)，最終產(chǎn)生β-酮己二酸進(jìn)入TCA途徑，被完全代謝。而革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌和革蘭氏陰性細(xì)菌中對(duì)PNP代謝途徑編碼基因的組織方式存在明顯不同。在革蘭氏陽(yáng)性菌Rhodococcussp.和Arthrobactersp.中，PNP在雙組分4-對(duì)硝基苯酚單加氧酶NpcBA(NpsA1A2)[26, 28, 40]或NpdA1A2[29,37]的作用下轉(zhuǎn)化為1,2,4-苯三酚，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)苯環(huán)的開環(huán)。在基因組中雙組分單加氧酶往往與開環(huán)酶在一起形成基因簇(Arthrobactersp. JS44)或操縱元(Rhodococcus菌屬)結(jié)構(gòu)，但與開環(huán)后產(chǎn)物轉(zhuǎn)化有關(guān)的下游途徑則可能位于基因組的不同位置(圖5)。

圖5 不同菌株中對(duì)硝基苯酚降解基因簇組織方式[26,29,40,45-46,48]Fig.5 Organization of the degradation gene clusters in different strains[26,29,40,45-46,48]

革蘭氏陰性PNP降解菌中，PNP代謝基因簇的組織結(jié)構(gòu)非常類似。上游途徑對(duì)硝基苯酚4-單加氧酶(PnpA)和醌還原酶(PnpB)與下游途徑對(duì)苯二酚開環(huán)相關(guān)酶組織在一起形成1個(gè)基因簇，共同編碼PNP代謝途徑。Burkhoderia菌屬中PNP代謝基因簇的組織方式與Pseudomonas菌屬稍有不同，PnpA、PnpB和對(duì)苯二酚開環(huán)途徑組成1個(gè)共轉(zhuǎn)錄的操縱元(圖5)。P.putidaDLL-E4是一株能夠高效降解PNP及其中間代謝產(chǎn)物對(duì)苯二酚(HQ)的菌株，DLL-E4基因組中含有2套PNP降解基因簇pnp和pnp1：第1套基因簇pnp包含基因pnpA、pnpB、pnpR、pnpC1、pnpC2、pnpD、pnpE、pnpC、pnpX1和pnpX2，第2套基因簇pnp1包含基因pnpAb、pnpC1b、pnpC2b、pnpDb、pnpEb、pnpCb、pnpX1b和pnpX2b。通過反轉(zhuǎn)錄PCR確定了PNP降解基因簇的組織形式。雖然pnp1操縱元與Pseudomonassp. WBC-3 PNP代謝操作元具有很高的同源性，但在菌株DLL-E4中，該操縱元失去了降解對(duì)苯二酚的能力[45]。

目前，有關(guān)PNP降解代謝的調(diào)控報(bào)道不多，Pseudomonassp. WBC-3中LysR家族的調(diào)控蛋白PnpR調(diào)控了PNP代謝的上下游代謝途徑，在PnpA和PnpC的啟動(dòng)子區(qū)均可檢測(cè)到PnpR的保守性結(jié)合序列GTT-N11-AAC[34]，是1種比較特殊的LysR家族調(diào)控體系。P.putidaDLL-E4中存在著與PnpR同源性較高的調(diào)控蛋白PnpR[45]，但關(guān)于其具體調(diào)控機(jī)制尚不明確。R.opacusSAO101中ORF1編碼1個(gè)可能的LysR家族調(diào)控蛋白[26]，該蛋白的調(diào)控功能及機(jī)制均未見報(bào)道。

4 微生物菌群設(shè)計(jì)與調(diào)控在PNP修復(fù)中的作用

降解性微生物進(jìn)入環(huán)境受到其他微生物類群的影響，保持一定的群體數(shù)量是其高效降解的關(guān)鍵。因此，通過調(diào)控土壤環(huán)境中參與PNP降解的相關(guān)微生物群落結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其降解效率和穩(wěn)定性是PNP生物修復(fù)的可選途徑。PNP高效降解菌Burkholderiasp. SJ98在進(jìn)入人工污染土壤中能夠顯著改變細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響PNP的降解效率[23]。此外，外源添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如葡萄糖)能夠顯著提高PNP的降解效率[49]。已有研究表明，多菌株協(xié)同作用與單一降解菌相比降解效率更好，穩(wěn)定性更強(qiáng)[50]。因此，利用PNP降解相關(guān)菌株之間的協(xié)同代謝和互養(yǎng)關(guān)系，構(gòu)建高效的PNP降解菌群將為開放環(huán)境中PNP的消除提供了更加高效的手段。然而，由于菌株之間復(fù)雜的相互作用關(guān)系，降解菌群的穩(wěn)定性和構(gòu)建方法等因素使得目前微生物菌群強(qiáng)化修復(fù)距離實(shí)際應(yīng)用還存在一定的距離。

5 微生物與植物聯(lián)合修復(fù)在PNP修復(fù)中的應(yīng)用

雖然目前豐富的PNP降解性微生物種質(zhì)資源為PNP生物修復(fù)提供了良好的基礎(chǔ)，然而，由于自然環(huán)境中環(huán)境因子(溫度、氧氣、鹽度等)和污染物理化性質(zhì)的多變性以及微生物適應(yīng)性等方面的影響[51]，PNP降解性微生物進(jìn)入環(huán)境中群體數(shù)量和生物活性受到限制。植物在綠色農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮重要的作用[52]，植物能夠?yàn)楦H微生物降解污染物提供良好的生態(tài)位保護(hù)和可利用碳源，而根際微生物在減少污染物對(duì)植物的脅迫等方面為植物提供保護(hù)。假單胞菌 PN1能在PNP含量為90～155 mg/kg中的土壤中存活，具有高效的PNP去除效率，同時(shí)還能在干旱和鹽堿脅迫條件下促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)[53]。Romero等[54]通過對(duì)污染區(qū)定殖植物的根際微生物組裝機(jī)制進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了人工菌群，顯著增強(qiáng)了土壤原位修復(fù)的能力?；诰不プ鞯奈廴疚镄迯?fù)體系在河岸緩沖區(qū)的徑流控制、垃圾填埋場(chǎng)、人工濕地等方面也顯示出較好的潛力[55]，然而其在水體和土壤環(huán)境中的微生物與植物介導(dǎo)的PNP修復(fù)還未引起足夠的重視。

6 結(jié)論與展望

目前，國(guó)內(nèi)外研究者在PNP降解菌資源挖掘、PNP生物降解機(jī)制、菌群調(diào)控等方面已經(jīng)做了大量的工作。美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)建立了生物催化-生物降解數(shù)據(jù)庫(kù)(UM-BBD)，涉及上千種污染物降解有關(guān)的微生物、酶和代謝途徑等多方面內(nèi)容，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了相關(guān)的PNP降解菌劑。然而開放環(huán)境中的PNP降解以及實(shí)際應(yīng)用依然存在諸多問題，主要?dú)w因于污染物降解菌在環(huán)境中適應(yīng)性弱、定殖能力差、無(wú)法形成足夠的群體等以實(shí)現(xiàn)污染物的消除，導(dǎo)致外源污染物降解菌在實(shí)際環(huán)境中的應(yīng)用受限。在以菌劑形式開展土壤或者水體環(huán)境修復(fù)過程中，以PNP為代表的污染物在降解過程中形成的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物，它們?cè)诃h(huán)境中的遷移行為以及對(duì)微生物群落和植物的影響需要進(jìn)一步研究。此外，污染物的轉(zhuǎn)化涉及降毒再造的過程，在豐富的降解酶資源基礎(chǔ)上，利用降解酶的催化選擇性實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物轉(zhuǎn)化或者結(jié)構(gòu)修飾，消除其毒性，增加其農(nóng)業(yè)應(yīng)用價(jià)值，為環(huán)境中PNP等污染物的生物修復(fù)提供更多的路徑。