不同石油降解菌降解特性及修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀

單 榮，黃玲巍，李志文，曹 迪

（黑龍江省八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江省寒地環(huán)境微生物與農(nóng)業(yè)廢棄物回收重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163319）

石油是通過地質(zhì)變化在地下提取的高黏度黑色易燃液體礦物，這是一種成分和相態(tài)極其復(fù)雜的混合物，主要含有飽和烴、芳香烴和多種微量元素。石油是一種重要的能源物質(zhì)，在開采、冶煉、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中，石油的泄漏事故帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，特別是土壤污染和水污染。石油在空氣中會(huì)引起揮發(fā)性的污染，直接影響人體的呼吸系統(tǒng)，同時(shí)，還會(huì)影響肝臟、腎臟和心血管系統(tǒng)的正常功能，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致癌變。石油污染的危害日益凸現(xiàn)，世界各國(guó)科研工作者尤為重視，成為國(guó)際環(huán)境修復(fù)的重要目標(biāo)。

1 石油降解菌

石油降解菌 （Crude oil degradation bacteria） 在含油污水及含油土壤中存在著能夠降解利用有機(jī)物的微生物菌群，它們具有分解石油中環(huán)烷烴、芳香烴等有機(jī)物的能力[1]。研究表明，未受到石油污染的環(huán)境情況下，僅有1%的菌群可以降解石油中的烴類化合物，但被石油污染的環(huán)境中，這一比例提升到了10%。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有100多個(gè)屬、200多個(gè)種具有降解石油的菌株，通過不同的石油降解菌比較分析，得到在不同含油量的條件下石油降解菌的降油率的數(shù)值。在海洋環(huán)境下，石油含量為30 g/L的假替單胞菌的降油率為75.71%。在陸地環(huán)境下，降油率最高（95.02%）的鹽田菌屬，其石油含量為1 g/L。

2 不同因素對(duì)石油降解菌的影響

不同影響因素對(duì)石油降解率有著極大的影響，其中影響石油降解菌最大的2個(gè)因素是溫度和鹽濃度。溫度影響菌株中的酶活性，也改變石油的黏性和結(jié)構(gòu)，從而間接地影響整個(gè)降解過程。鹽濃度直接影響菌株的生長(zhǎng)，導(dǎo)致降解率的改變。

2.1 溫度

在我國(guó)一些高緯度盛產(chǎn)石油的地區(qū)，其具有季節(jié)變換快、冬季較漫長(zhǎng)等特點(diǎn)，導(dǎo)致了石油的黏度升高，石油烴的溶解度降低，同時(shí)影響著微生物體內(nèi)糖類、蛋白質(zhì)、核酸等活性，進(jìn)而影響微生物的生長(zhǎng)、代謝和繁殖。溫度的降低或升高都會(huì)影響菌株細(xì)胞膜的流動(dòng)性及相結(jié)構(gòu)，也會(huì)影響支鏈脂肪酸、環(huán)狀脂肪酸的比例及合成冷激蛋白的含量等，從而影響菌株的生長(zhǎng)率。有研究表明，在4℃條件下降解烷烴，甚至在更低的溫度條件下降解多環(huán)芳烴。低溫菌的重大發(fā)展和突破，更有助于治理高緯度石油污染地區(qū)。

2.2 鹽濃度

鹽濃度是微生物生存另一個(gè)重要因素。高鹽對(duì)微生物具有毒害作用，高鹽環(huán)境導(dǎo)致菌株內(nèi)部的滲透壓受到影響，進(jìn)一步影響酶的活性，從而破壞微生物的細(xì)胞膜和微生物的生理活動(dòng)。嗜鹽石油降解菌的篩選和訓(xùn)化對(duì)治理我國(guó)高鹽堿石油產(chǎn)區(qū)（例如：大慶油田、吉林油田、勝利油田）具有重要作用。據(jù)報(bào)道，已有70個(gè)屬150多種為嗜鹽菌。嗜鹽微生物屬于極端微生物范疇，分布廣泛。

鹽濃度過高也會(huì)導(dǎo)致石油降解菌脫水死亡、中毒死亡和物質(zhì)吸收過程受干擾死亡。其原因是菌株內(nèi)部滲透壓不平衡，導(dǎo)致K+濃度升高，濃度梯度發(fā)生變化，能量補(bǔ)充不足導(dǎo)致死亡[2]。

3 修復(fù)方法

石油污染的修復(fù)技術(shù)可分為化學(xué)、物理、植物和微生物修復(fù)技術(shù)。由于微生物修復(fù)擁有無二次污染、經(jīng)濟(jì)節(jié)約和高效等優(yōu)點(diǎn)，成為最具優(yōu)勢(shì)的修復(fù)方法。傳統(tǒng)的方法是利用發(fā)掘原著菌株或外源菌種直接對(duì)污染的環(huán)境進(jìn)行降解，或利用多株高效的降解菌正交法組合。石油降解菌具有存活時(shí)間較短、存活條件苛刻、修復(fù)效果不穩(wěn)定等不利因素。使新興技術(shù)開始崛起，如固定化微生物技術(shù)、植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)及分子修復(fù)等。

3.1 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)

植物修復(fù)是一種環(huán)境友好的綠色修復(fù)技術(shù)，具有無需異位修復(fù)和不用挖掘污染土壤進(jìn)行回填等優(yōu)點(diǎn)。大多數(shù)選用蕎菜、玉米和蓖麻等植物。石油降解菌群是一種多菌共存且復(fù)雜的生物群體，有降解能力的內(nèi)生菌、共生菌和益生菌提供氧氣及養(yǎng)料。有研究表明，植物-微生物聯(lián)合修復(fù)增加了土壤中多酚氧化酶、脫氫酶的活性，減少了過氧化氫酶活性。其中，微生物分解和代謝石油有機(jī)物經(jīng)協(xié)同作用可激活具有凈化功能的降解菌，進(jìn)而形成穩(wěn)定且復(fù)雜的石油降解生態(tài)系統(tǒng)，更有利于營(yíng)造出一個(gè)良好的營(yíng)養(yǎng)及生長(zhǎng)的根際環(huán)境[3]。

3.2 固定化微生物技術(shù)

固定化微生物技術(shù)是利用化學(xué)法或物理法，將游離狀態(tài)的菌株或者酶固定在有限的區(qū)域內(nèi)。固定化技術(shù)主要包括包埋法、交聯(lián)法和吸附法。利用聚乙烯醇（PVA）和海藻酸鈉作為載體對(duì)石油降解菌群進(jìn)行固定化，與游離石油降解菌體相比，固定化石油降解菌群的石油降解率提高了近7%。固定化的石油降解菌優(yōu)勢(shì)在于能夠提高微生物細(xì)胞及質(zhì)粒的穩(wěn)定性，對(duì)極端環(huán)境及毒性更具有適應(yīng)的能力，且能在土壤中保留較長(zhǎng)時(shí)間。

4 結(jié)語

石油作為國(guó)家工業(yè)的血脈，對(duì)于石油的依賴度與日俱增，石油對(duì)環(huán)境的污染不斷提升，此污染再降解的難題成為世界焦點(diǎn)。由于微生物生長(zhǎng)緩慢、修復(fù)周期長(zhǎng)、易受環(huán)境影響等劣勢(shì)，廢物資源化的亟待難以解決。當(dāng)前的研究有4個(gè)方面需深入探索：①篩選出石油降解菌，再利用純化的菌株進(jìn)行混菌，進(jìn)一步提高降解率；②利用植物-微生物聯(lián)合修復(fù)方法，在大田實(shí)際中的廣泛應(yīng)用；③微生物降解機(jī)制的深入研究，其酶的催化作用和降解過程中生物協(xié)同的作用等機(jī)理；④利用與基因工程、酶工程、基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等交叉學(xué)科的技術(shù)，改變微生物內(nèi)部的基因和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、提高石油的降解率，是生物研究的新方向。