微生物对石油烃的降解机理研究

石油是一种重要的能源，可以说是现代经济的血液。日常生活、工业生产、航天军工都需要石油作为能源和原料，是国家生存和社会发展不可或缺的战略资源。但是，与此同时石油在开采、运输、储存、加工和利用过程中的各种泄漏事故对环境造成的污染和破坏也是不可估量的，其对人类和其他生物的生存和发展也造成一定的威胁，并已成为全球范围内亟待解决的重要问题。了解石油烃污染物在自然界的生物降解转化规律，研究石油烃污染物微生物降解的技术和方法，培养可高效降解石油烃的工程菌，消除和减少石油烃在环境中的滞留，将有利于维护和创造高质量的人类生存环境。

1　石油烃降解菌的降解机理

微生物对石油中不同烃类化合物的代谢途径和机理是不同的。饱和烃包括正构烷烃、支链烷烃和环烷烃。通常认为，在微生物作用下，直链烷烃首先被氧化成醇，源于烷烃的醇在醇脱氢酶的作用下被氧化为相应的醛，醛则通过醛脱氢酶的作用氧化成脂肪酸。相同条件下，一般微生物对不同种类石油烃降解的倾向先后顺序是不同的。一般而言，石油烃被微生物降解的先后规律为：直链烷烃>支链烷烃>环烷烃>多环芳烃>杂环芳烃。在某石油烃降解菌修复不同碳链石油烃污染的研究中得出结论，该菌属对短链石油烃的分解率相对较高，而对芳香烃和润滑油组分的降解率较短链石油烃低。一般微生物降解正烷烃由氧化酶酶促进行。正烷烃第一步氧化为醇后，醇氧化成醛，醛再转化为相应脂肪酸，脂肪酸经 β-氧化为乙酰辅酶A，乙酰辅酶A进入三羧酸循环，分解成CO2和H2O，或进入其他生化过程。另外，链状烷烃可经脱氢步骤转变为烯烃，烯经氧化成为醇，然后醇可转化为醛，最后醛变为脂肪酸；链状烷烃还可通过直接氧化成烷基过氧化氢，然后经脂肪酸途径进行降解。有的可通过亚末端氧化成仲醇，再变成伯醇或脂肪酸进行氧化分解。还有些微生物可将烯烃变为不饱和脂肪酸，通过双键位移或甲基化等，变为支链脂肪酸，再进行降解。

2　石油烃降解菌的种类

2.1　普通石油烃降解菌

在受石油污染的土壤和水环境中存在许多能降解石油烃的微生物，细菌、放线菌、真菌、酵母、霉菌和藻类中均有能降解石油烃的微生物，据研究表明目前发现100余属、200多种石油烃降解微生物。不同种类的微生物对石油烃的降解能力不同，通常细菌比真菌、放线菌对原油的降解能力强。细菌中降解石油烃的主要有无色杆菌属、假单胞菌属、不动杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、芽孢杆菌属、诺卡氏菌属以及微球菌属等。

2.2　特殊石油烃降解菌

2.2.1　低温石油烃降解菌

低温微生物在地球上广泛存在，一般分布于南北极、海洋深底、高原冰川以及冻土地区等低温环境中。目前发现的低温微生物种类繁多，通常为真细菌、酵母菌、蓝细菌、单细胞藻类等，这些微生物正逐渐引起科学家的广泛重视[1]。随着石油污染问题日益突出和国内外对低温石油烃降解菌研究的深入，低温石油烃降解菌修复

doi：10.3969/j.issn.1004-275X.2018.09.081

微生物对石油烃的降解机理研究

李　洲

（西安石油大学，陕西　西安　710065）

摘　要：随着工业和经济的发展，环境问题成为人们普遍关注的焦点，石油污染成了不可忽视的问题。微生物修复作为一种新型环保的生物修复技术，已成为石油污染生物修复的核心技术。对石油降解微生物的种类即细菌、蓝藻、真菌以及藻类进行了总结，对微生物对石油烃的降解途径与降解机理进行了综述。

关键词：微生物；石油烃；降解机理

中图分类号：X74 文献标识码：A 文章编号：1004-275X（2018）09-179-02

Study on the mechanism of microbial degradation of petroleum hydrocarbons

Li Zhou

（Xi’an Petroleum University，Xi’an 710065，China）

Abstract：With the development of industry and economy，environmental problems have become the focus of attention，and oil pollution has become a problem that can not be ignored.As a new environmental protection bioremediation technology，microbial remediation has become the core technology of bioremediation of petroleum pollution.The types of petroleum-degrading microorganisms such as bacteria，cyanobacteria，fungi and algae were summarized.The pathways and mechanisms of petroleum hydrocarbon degradation by microorganisms were reviewed.

Key wordss：microorganism；petroleum hydrocarbon；degradation mechanism；research

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石油污染已成为研究热点[2]。

2.2.2　耐高温石油烃降解菌

耐高温石油烃降解菌是一种能在高于40~50℃条件下生长的微生物，最适生长温度为 55~65℃，最高生长温度为80℃，大部分为细菌，常见于温泉、堆肥和发酵工业中[3]。

2.2.3　耐盐碱石油烃降解菌

高盐碱土壤常常受到石油污染，而传统非耐盐碱微生物在高盐碱环境中生物降解效果降低甚至消失。因此筛选优良高效的耐盐碱石油烃降解菌，是修复石油污染盐碱化土壤的关键。

3　影响微生物降解石油烃的因素分析

3.1　微生物的性质

一般不同微生物只对相对特定石油组分具有较好的降解能力，基于此原理，处理石油污染物时，常通过接种多种不同微生物来提高降解效果。此外，石油烃微生物降解率会受到降解微生物的接种数量及其酶活性的影响。

3.2　石油烃的性质

石油烃降解率除受微生物种类和数量的影响外，也受到石油烃类型及各组分含量的影响。降解率会随着烃类化合物链的增长和环的增多而下降。多环芳烃的环排列方式也会影响微生物对它的降解，降解顺序一般为：线状>角状>更加复杂的结构。此外，石油烃质量分数也会影响微生物的降解效果。石油烃质量分数过高会对微生物产生毒害，过低则不足以维持一定数量的微生物生长，使得达不到降解效果。

3.3　表面活性剂

微生物自身能产生多种生物表面活性剂，表面活性剂能将油滴乳化成许多细小颗粒，从而增大油和水接触的表面积，极大降低了由于石油烃类化合物的水不溶性而产生的阻碍，促进微生物对油的利用，提高微生物对石油污染的修复效果。鼠李糖脂作为石油烃降解菌产生的表面活性剂有助于石油烃降解率的提高，添加鼠李糖脂可使降解体系中原油20 d的降解率从 35.7%提高到57.6%。

4　环境因素对石油烃微生物降解的影响分析

4.1　石油烃物理状态对生物降解的影响

石油烃的物理状态对其微生物降解有显著影响。

在水体系中，微生物主要在油-水界面活动，油的分散程度直接影响微生物能接触到的石油烃的表面积，油-水界面面积的增加，不仅使石油烃更易到达微生物，而且进入水体的乳化液滴使氧和营养物更易被微生物获得，从而促进微生物对石油烃的降解。好的乳化使石油烃形成微小液滴，类似于溶解烃，这种情况下石油烃更易被微生物降解。

4.2　温度对生物降解的影响

温度对微生物降解石油烃的影响主要是对石油烃物理状态、化学组成的影响以及对微生物本身代谢活性的影响。微生物对石油烃的降解借助于酶的催化作用完成，而酶的活性只有在一定的温度范围内才能得以发挥。

4.3　氧及营养物质对生物降解的影响

微生物可以在有氧条件下降解石油烃，也可以对石油烃进行厌氧降解。一般而言，与好氧条件下的生物降解相比，烃化合物在厌氧条件下的生物降解速率要慢得多。微生物代谢需要氮、磷、铁、镁等营养物质的参与才能顺利进行。作为微生物能源的烃类足够多时，营养物的供给是否充分将直接影响微生物对烃类的降解活动。如果营养物质缺乏就会抑制微生物对石油烃的降解作用。

5　结语

随着石油工业的高速发展，防止石油污染的任务将会变得更加重要。近几年来，石油泄漏事故的频频发生，自然界中存在的难降解污染及环境中的微生物降解速度慢等问题明确了石油污染已经成为现代环境污染的一个重要问题，为了更好更快的解决石油污染带来的危害，需要发展更多的新技术、新思维来有效的治理石油污染，减少石油污染对环境造成的严重影响。在分子生物学已成为生命科学前沿的今天，科学工作者应加强对微生物降解石油烃类过程及机理的研究，将基因工程应用于微生物治理石油烃污染方面，以培育出更多更好的实用菌株。运用新方法筛选极端环境特性优良的石油烃降解菌来治理石油污染，对石油烃降解机理进行深入研究，寻求治理污染新方法，进一步探讨影响微生物降解石油烃的因素和稳定条件，提高应用效果。

参考文献：

[1] 王泽华,王峰.低温条件下土壤石油烃微生物修复研究进展[J].

环境科学与技术,2017,40(S1):139-144.

[2] 吴蔓莉,袁婧,李炜,等.石油污染土壤的微生物修复及土壤微

生物活性变化[J].应用与环境生物学报,2016, 22(05):878-883.

[3] 张利军.微生物渗透性反应墙原位修复石油烃污染地下水研

究[D].兰州理工大学,2016.

收稿日期：2018-07-17

作者简介：李洲，西安石油大学。

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