土壤中氯代有機(jī)物污染生物修復(fù)技術(shù)

諶偉艷，黃 晟，張 杰，焦海洋，張雪平，許澤英

（江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210000）

土壤主要分布在地球中的巖石圈表面，是全球最大的生態(tài)系統(tǒng)即生物圈的重要組成部分，其質(zhì)量情況對于維護(hù)整個(gè)生物圈的穩(wěn)定性極其重要[1]。如今由于農(nóng)業(yè)化肥農(nóng)藥的過量使用以及工業(yè)廢水中有毒有害物質(zhì)的不合理排放，導(dǎo)致大量污染物質(zhì)以不同形式侵入我國的土壤資源，造成了我國土壤質(zhì)量的大幅度下滑[2]。土壤質(zhì)量的下滑，不僅影響了巖石圈，并且通過土壤中地表水流入地下水系統(tǒng)中，從而對水圈亦造成嚴(yán)重污染[3]?；谖覈罅客寥蕾Y源被大量污染的現(xiàn)狀，如何修復(fù)受污染嚴(yán)重的土壤資源，應(yīng)當(dāng)作為我國環(huán)境保護(hù)部門的首要工作內(nèi)容。據(jù)目前我國環(huán)境保護(hù)部門的檢測結(jié)果來看，土壤中氯代有機(jī)物的污染情況最為嚴(yán)重，其是由過量使用化肥而造成的一類持久性環(huán)境污染物，其中污染最為嚴(yán)重的氯代有機(jī)物為滴滴涕、林丹和六氯苯三種[4]。針對土壤中氯代有機(jī)污染物的修復(fù)治理工作，一直以來都是我國環(huán)境保護(hù)部門的重點(diǎn)研究課題[5]。土壤修復(fù)技術(shù)按照其工作內(nèi)容可分物理方法、化學(xué)方法和生物方法三大類：其中物理方法主要機(jī)械化的熱處理修復(fù)、沖洗修復(fù)，其成本投入普遍偏高；化學(xué)方法則是采用酸堿綜合的原理，應(yīng)用繼續(xù)施用化肥來處理，該方法容易引入新污染物；而生物方法是通過定向引入新物種，實(shí)現(xiàn)針對氯代有機(jī)污染物的吸收、轉(zhuǎn)化、降解、固定等有效措施，從而降低氯化有機(jī)污染物在土壤中的含量；因此相比之下生物修復(fù)技術(shù)被譽(yù)為最為節(jié)能且環(huán)保的技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，本文引入了一種新型微生物修復(fù)技術(shù)，力爭降低土壤中氯代有機(jī)污染物的含量，以下為其具體工作內(nèi)容。

1 新型微生物修復(fù)技術(shù)

1.1 引入新物種

本文所設(shè)計(jì)新型微生物修復(fù)技術(shù)的第一步，就是引入新物種，即培養(yǎng)出高效菌株，吸收并轉(zhuǎn)化土壤中氯代有機(jī)污染物含量；其主要工作流程如下：首先選擇適應(yīng)菌株挑選的土壤，所選土壤根據(jù)其特征可分為兩類，第一類是從受到氯化有機(jī)物污染的土壤；第二類是從受到重金屬污染的土壤中；從而保證其篩選出的微生物菌株具有極其的適應(yīng)能力、繁殖能力以及生存能力。其次就是在正確的土壤環(huán)境下，采用五點(diǎn)取樣法快速且準(zhǔn)確的篩選出優(yōu)質(zhì)菌種；然后為篩選出的菌株配置適宜的平板培養(yǎng)基，進(jìn)行富集培養(yǎng)；然后將培養(yǎng)到一定程度的菌株，采用多次平板畫線的方式，進(jìn)行分離培養(yǎng)，其四種畫線方法如圖1所示，從而確保每一種培養(yǎng)基上僅有一種類型的菌株，其平板畫線方法如圖1所示。

圖1 為培養(yǎng)高效菌種的四種平板畫線方法

然后對這些平板進(jìn)行分類，通常來說，分離出的菌種大體為Pseudom onas me sophillca和m alto philia P，Barton兩大類型 ；然后為應(yīng)用基因工程方法，將重金屬抗性基因或編碼重金屬結(jié)合肽的基因轉(zhuǎn)移到針對在污染土壤適應(yīng)性強(qiáng)菌株的體內(nèi)，除出這兩大類型菌株中的含有的錫、汞、鉛等毒性有毒重金屬，從而得到高效菌株；最后將得到的高效菌株通過富集培養(yǎng)的方式，加入到土壤環(huán)境中，從而土壤中生物多樣性。

1.2 轉(zhuǎn)化土壤成分

在得到了新型微生物培養(yǎng)技術(shù)之后，就到了應(yīng)用這些微生物菌株已完成受污染土壤成分的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，其具體的工作流程為：首次采用在將這些微生物菌株均勻的分布到受氯代有機(jī)物污染土壤中的同時(shí)，加入適應(yīng)微生物生存濃度的氮、磷、鉀等無機(jī)鹽成分以及電子受體，從而保證所添加的微生物菌株和原有的微生物在土壤中均可穩(wěn)定的生長和繁殖。其次由于微生物菌種其表面是由編碼目的肽的DNA片段通過基因重組的方法構(gòu)建和表達(dá)在噬菌體表面、細(xì)菌表面或酵母菌表面，因此其菌株表面的每一個(gè)生物大分子或細(xì)胞均僅呈現(xiàn)出一種多肽類型。微生物菌株中的高效菌種表面具有多態(tài)類型，可以與含有氯代有機(jī)物的物質(zhì)進(jìn)行緊密的結(jié)合，并且通過基因重組的方法與編碼細(xì)菌表面蛋白的基因相連，高效菌株高效結(jié)合肽的方法，可以融合蛋白的形式表達(dá)在細(xì)菌表面，從而提高其表面與氯代有機(jī)物的結(jié)合效率。然后將結(jié)合之后的菌株其表面會(huì)成分為發(fā)生變化，觀察其表面中LamA、血紅蛋白、酵母α-激活酶、a-凝集素和葡萄球菌蛋白A等表面蛋白成分的轉(zhuǎn)變從而在微生物表面展示技術(shù)中用來定位、錨定外源多肽.等將六聚組氨酸多肽展示在E.coliLamB蛋白表面，進(jìn)而提高其針對氯代有機(jī)物的吸收能力。之后要將吸收了大量氯代有機(jī)污染物的菌株，進(jìn)行富集比處理，從而將多聚組氨酸與OmpC融合，已保證其菌株群體的吸附的能力可達(dá)到16mol/L。通過經(jīng)數(shù)輪篩選和富集，獲得對多種氯代有機(jī)污染物具有高親和力的表面多肽，從而將將酵母金屬硫蛋白串聯(lián)體在酵母表面展示表達(dá)后，實(shí)現(xiàn)提升其4倍～8倍的吸收能力。最后為高效菌株在最大限度吸收了氯代有機(jī)污染物的自身清理過程，其體內(nèi)由于過多積累的氯代有機(jī)污染物，可以通過主導(dǎo)運(yùn)輸方式，進(jìn)行到其細(xì)胞內(nèi)，并在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行區(qū)域性的劃化，將有害物質(zhì)分布到細(xì)胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)工作車間中，實(shí)現(xiàn)了將高效菌株內(nèi)的有害氯代有機(jī)物的封閉或轉(zhuǎn)變成為低毒的處理，從而讓無毒的高效菌株繼續(xù)進(jìn)行土壤的修復(fù)工作，通過長期的良性循環(huán)，讓土壤中氯化有機(jī)污染物含量得到最大限度的降低，進(jìn)而完成針對土壤成分的改善工作。

2 對比實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)選擇一塊氯代有機(jī)物濃度為15.23%的農(nóng)田作為實(shí)驗(yàn)原材料，首先將其等分為相同的兩部分；然后采用新型微生物修復(fù)技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)分別對其進(jìn)行修復(fù)；之后對比相同修復(fù)時(shí)間內(nèi)兩個(gè)部分中氯代有機(jī)物的含量，驗(yàn)證新型微生物修復(fù)技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。

2.2 結(jié)果討論

以下為新型微生物修復(fù)技術(shù)和傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)，對于同一農(nóng)田在相同時(shí)間內(nèi)修復(fù)程度的對比結(jié)果。

根據(jù)上圖數(shù)據(jù)信息，可以清楚的看出，對比傳統(tǒng)技術(shù)，新型微生物修復(fù)技術(shù)可在更短的時(shí)間內(nèi)完成針對受污染土壤的修復(fù)工作，且最終將土壤中的氯代有機(jī)物含量降低至3.12%；而傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)最終的氯代有機(jī)物含量僅降低至3.54%；相比之下新型微生物修復(fù)技術(shù)多降低了0.42%的氯化有機(jī)物含量，由此驗(yàn)證了新型微生物修復(fù)技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。

圖2 為兩種修復(fù)方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比圖

3 結(jié)語

本文引入了新型微生物修復(fù)技術(shù)，已治理土壤中氯代有機(jī)物含量過高的問題。之后通過對比傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)的方式，說明了新型微生物修復(fù)技術(shù)對于降低土壤中氯代有機(jī)物含量，具有更好的效果。由此，可驗(yàn)證新型微生物修復(fù)技術(shù)中的高效菌株，對于降低土壤中氯化有機(jī)污染物含量，以及修復(fù)污染土壤具有極為重大的意義。

目前，應(yīng)用微生物技術(shù)對受有機(jī)物侵害的土壤進(jìn)行修復(fù)，被國際上公認(rèn)為是一項(xiàng)既節(jié)能又環(huán)保的環(huán)境保護(hù)措施[6]。近年來我國針對生物修復(fù)技術(shù)的研究越來越深入，尤其是針對殘留在土壤中的危險(xiǎn)物質(zhì)如TNT、石油、農(nóng)藥、甲基汞等有機(jī)污染的研究工作[7]。但因?yàn)樯镄迯?fù)技術(shù)發(fā)展的時(shí)間晚，且沒有可參考的前人資料，造成其發(fā)展速度十分緩慢。由目前的發(fā)展來看，要想全面發(fā)展生物修復(fù)技術(shù)，就必須結(jié)合生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)、發(fā)酵工程、環(huán)境化學(xué)、植物化學(xué)、微生物學(xué)和環(huán)境工程學(xué)等多門學(xué)科知識，才能確保我國生物修復(fù)技術(shù)水平的穩(wěn)步提升。