Page 65 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

第 5 期 李卫平等：生物磁效应在环境污染治理与修复中的应用 · 1421 ·

磁场是一种具有特殊能量的场。2 世纪初，法 m 时，巨噬细胞的谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和超
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拉第观察到在外部磁场与内部分子磁性的相互作用 氧化物歧化酶（SOD）没有发生改变， 而 Kurzej 等 [15]
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下，分子性质、分子反应及分子环境发生了变化。所 发现，静磁场（400、60 和 700 mT）可以降低氟离子
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有生物体自身均具有磁场，外加磁场或者特殊磁场 对小鼠成纤维细胞的氧化应激，并 使 GP 和 SO 的
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可以对生物体的组织和代谢产生影响 [1-3] 。研究发现 活性正常化。可见，磁场通过对生物酶的改变进而
磁场会使含有过渡金属离子的蛋白质和酶具有顺磁 影响生物的生命活动。
性，导致酶活性增加 。磁场能够改善细胞膜的通透 1.2 磁场对微生物生长代谢特征的影响
[4]
性，增强营养物质的吸收和转运，从而促进物质的合 磁场对微生物的影响较为复杂，磁场会对微生
成 。磁场也可以通过跨膜信息传递、电子转移、基 物产生不同程度的刺激作用，但原理尚不明确。当
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因表达以及酶活性等多种机制调控生物的生长和代 磁场作用于微生物时，微生物体内会产生磁场效应，
谢 [6-7] 。自由基机制是磁场影响生物化学系统相互作 这种效应可能是正的，也可能是负效应，从而抑制微
用的主要机制 。该机制存在于 AT 的酶合成、 生物的生长 [16] 。磁场对微生物最直接的影响是微生
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DN 的复制和蛋白质的酶磷酸 化 3 个至关重要的 物的生长状态。Re 等 [17 ] 研究发现，低强度磁场
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细胞过程中。磁场改变自由基的自旋状态并引起 （15～25 mT）提高了细胞膜的通透性，增强了油脂降
自由基顺磁共振，进而导致生物体生长代谢发生 解菌的活性。Hagh 等 [18 ] 研究发现，与对照组相比，
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改变 。 外加磁场（16 mT）增加了大肠杆菌的数量，并且死亡
[9]
近年来，磁场诱导微生物磁效应在水体、土壤、 时期细菌衰死速度变缓。Mohtasha m 等 [19 ] 通过控制
固体废物等环境污染治理过程中的作用得到了普遍 培养液 中 pH（pH=7），添 加 10 m 的磁场后，发现杆
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关注。笔者系统分析了磁场对生物酶活性、微生物 菌肽浓度显著提高，最高达 到 89%。Wan 等 [20 ] 发
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群落特征及生物细胞的影响，重点阐明了磁场微生 现，当添 加 48.0 m 的磁场时，提高了亚硝酸盐氧化
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物效应在水体、土壤及固体废物处理等环境领域的 菌的活性，促进亚硝酸盐氧化菌的生长。但也有研
应用现状，并提出未来磁场微生物效应在环境领域 究发现磁场会抑制部分微生物（ 如 Serratia marcescens
的优化方向及应用展望，以期为微生物磁效应强化 和 Escherichia coli）的生长 [21-22] 。Filipič等 [23 ] 研究发
水体、土壤、固体废物等环境介质的修复提供理论 现，17 m 的静磁场会对废水处理过 程 2 种微生物
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依据。 （大肠杆菌和假单胞菌）的生长产生抑制，但却提高
了体内脱氢酶活性 和 AT 浓度，可能的解释是微生
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1 磁场生物学效应
物对磁场有应激反应。X 等 [24 ] 研究了不同强度的
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1.1 磁场对生物酶活性的影响 磁场有利于优势菌株的生长和繁殖，特别是对具有
酶是生命体内重要的物质，参与生命系统中许 Cr（Ⅵ）还原能力的短杆菌和芽孢杆菌处理效果更
多生化反应，如消化、光合作用、呼吸作用和新陈代 好。J 等 [22 ] 发现，在静磁场作用下，大肠埃希菌的存
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谢等。外加磁场通过影响酶活性进而影响生物从生 活率随着作用时间的延长而减弱。由此可见，磁场
长到衰亡的全过程，包括生物的形态、生长以及代谢 性质、磁场强度及作用时间不同，磁场对不同种类微
等过程 [10] 。生物产生的很多酶或蛋白质中含有少量 生物产生的影响亦不同 。
[2]
的锌、锰、铁、铜等过渡金属，这些金属具有顺磁 1.3 磁场对生物细胞构型的影响
性。施加磁场后金属沿磁场方向排列，同时对酶的 磁场的施加可能会对细胞结构、基因表达、细
三维结构、酶内自由电子跃迁产生影响，打破分子内 胞 膜 通 透 性 等 产 生 影 响 [25-26] 。Albuquerqu 等 [27]
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部的稳态，从而影响酶活性。栗杰等 [11 ] 研究发现，在 系统总结了磁场强度、细胞类型和暴露时间对细胞
杆菌、螺旋菌等细菌体内含有铁等金属离子，对磁场 或细胞内结构的影响，发现静态磁场可能影响细胞
具有很高的敏感性。磁场对不同种类生物酶产生的 的蜂窝系统，进而对生物分子的敏感性、细胞内结构
磁效应有很大差异，如当磁场强度 为 100～500 mT 修饰和酶反应变化产生影响。Ghodban 等 [26 ] 研究
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时，细菌中酶活性会受到严重抑制，而放线菌、真菌 发现，静磁场的添加引起活性氧（ROS）和顺磁自由
等生长则受到激活 [12] ，磁场对白色念珠菌中酶活性 基氧活性的增加，从而引 起 DN 断裂、凋亡和氧化
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具有促进作用，但会严重抑制葡萄糖菌的生长 。 应激。许燕滨 [28 ] 发现，施 加 100 m 的外加磁场可引
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磁场对不同生物种类的相同酶所产生的磁效应亦存 起细胞膜的磷脂双分子层结构重构，从而影响生物
在较大差别， 如 Amar 等 [14 ] 发现当磁场强度 为 250 膜的通透性。Got 等 [29 ] 报道了大鼠海马神经元的
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