蒋勇 石油烃降解微生物研究进展

一前言

石油给人们带来巨大的利用价值和经济利益的同时,也对生态环境造成了巨大的威胁。在勘察、开采、运输以及储存过程中,油田周围大面积的受到严重污染。石油污染使得土壤理化性质发生改变,从而不利于农作物正常生长，石油类物质还通过地下水的污染以及污染的转移构成对人类生存环境多个层面上的不良胁迫。因此,治理石油污染具有重要意义。当今世界，治理石油污染具体措施中最安全、最环保、最经济的方法是生物修复技术，石油降解菌是一类具有分解矿化石油烃能力的微生物，在石油污染的生物修复中具有重要作用。本文就石油污染物生物降解方面的研究进行了综述及展望。

二本论

2．1 石油降解和菌的种类和分离

2．1．1石油降解和菌的种类

国外在20世纪40年代就开展了细菌降解油污的研究[1]，我国这方面的研究始于20世纪70年代末期[2]。已知降解石油的微生物共有70属200余种。细菌有28个属，霉菌30个属，酵母12个属。能够降解石油烃的细菌有假单胞菌属（Pseudomonas)、弧菌属（Vibrio）、不动杆菌属（Acinetobacter）、黄杆菌属（Flavobacterium）、气单胞菌属（Aeromonas）、无色杆菌属（Achromobacter）、产碱杆菌属（Alcaligenes）、肠杆菌科（Enterobacteriaceae)、棒杆菌属（Coryhebacterium）、节杆菌属（Arthrobacter）、芽孢杆菌属（Bacillus）、葡萄球菌属（Staphylococcus）、微球菌属（Micrococcus）、乳杆菌属（Lactobacillus）、诺卡氏菌属（Nocardia）等；酵母菌有假丝酵母属（Candida）、红酵母菌属（Rhodotorula）、毕赤氏酵母菌属（Pichia）等；霉菌有青霉属（Penicillium）、曲霉属（Apergillus）、镰孢霉属（Fusarium）等[3]。

2．1．2 石油降解和菌的分离

石油降解菌一般从受石油污染的土壤、水中进行分离并筛选，为了进一步的应用，还要进行驯化。根据研究目的与要求不同，在筛选时往往控制不同的条件从而得到不同功能的菌落。以烷烃为底物筛选出的菌落，对烷烃的去除效率会较高，由于烷烃相对于芳烃较易分解，且大部分的石油降解菌对烷烃的降解效果均较好，因此专门以烷烃为底物进行的研究不多见，郑金秀[4]以烷烃为底物培养出分属于不同菌属的菌落，其中不动细菌菌属的菌株降解率为69%，芽孢杆菌属的菌株降解率为71%，假单胞菌属的降解率可达73%；以环烷烃为底物，得到不动细菌菌属与芽孢杆菌属的菌株，石油降解率均为67%。两种底物研究降解时间均为48h。由于芳香烃及多环芳烃降解难度大，且其危害比较大，对降解芳烃的研究比较多。

2．2 石油降解菌的降解机理与影响因素

2．2．1石油降解菌的降解机理

微生物对石油的降解作用存在选择性,优先消耗碳链长度中等(C10—C24)的n-链烷烃类分子，其规律为:小于C10的直链烷烃>C10—C24或更长的直链烷烃>单环芳烃>环烷烃>多环芳烃,同种类型的烃类中分子量越大,降解越慢[5]。

通常认为饱和烃在微生物作用下，直链烷烃首先被氧化成醇，醇在脱氢酶的作用下被氧化为相应的醛，然后通过醛脱氢酶的作用氧化成脂肪酸；氧化途径有单末端氧化、双末

端氧化和次末端氧化[6]。在转化为相应的脂肪酸后，一种转化形式为直接经历随后的β- 氧化序列，即形成羧基并脱落 2 个碳原子；另一种转化形式为脂肪酸先经历ω-羟基化形成ω-羟基脂肪酸，然后在非专一羟基酶的参与下被氧化为二羧基酸，最后再经历β- 氧化序列[7]。脂肪酸通过β-氧化降解成乙酰辅酶A，后者进入三羧酸循环，分解成 CO2 和 H2O 并释放出能量，或进入其他生化过程[8]。微生物对支链烷烃的降解机理基本上与直链烷烃一致。相对于正构烷烃，支链的存在会增加微生物氧化降解的阻力，主要氧化分解的部位是在直链上发生的，而且靠近侧链的一端较难发生氧化反应。带支链烷烃的降解可以通过α- 氧化、ω- 氧化或β- 碱基去除途径进行[9]。总的说来，含有支链结构的烃类降解速度慢于相同碳数的直链烃类，这是因为烷烃的支链降低了分解速率[10]。

环烷烃在石油馏份中占有较大比例，它的生物降解原理和链烷烃的亚末端氧化相似。首先经混合功能的氧化酶(羟化酶)氧化产生环烷醇，然后脱氢得酮，进一步氧化得到酯，或直接开环生成脂肪酸。真菌和细菌降解石油烃类化合物可形成具有不同的立体化学构型的中间产物。真菌将石油烃类化合物降解成反式二醇，而细菌几乎总是将之降解成顺式二醇(许多反式二醇是潜在的致癌物，顺式二醇则无毒性)[11]。

现已在细菌、真菌和藻类中发现可降解多环芳烃的微生物[12]。真菌产生的过氧化物酶能将多环芳烃降解为醌的衍生物[13]。细菌可通过多种代谢方式对多环芳烃进行降解,以多环芳烃作为碳源,将其转化为二氧化碳和水;也可通过共代谢作用,对其进行降解[14]。

2．2．2 影响石油降解菌降解石油污染物的因素

微生物在降解石油污染物的过程会受到营养元素、表面活性剂、O2通量、温度、pH值等外界因素的影响。其中,营养元素对降解率的影响较大，尤其是N、P元素。何良菊等[15]专门对石油烃微生物降解的营养平衡进行了研究，表明氮、磷营养物质的缺乏直接限制了石油烃的微生物降解,但添加过量反而有抑制作用,因而存在一个经济合理的添加量及添加比例，实验表明氮磷比在5∶1~6∶1比较适宜，,无机氮源比有机氮源好，硝酸盐形式的氮比铵态的氮更合适。而国内有其他研究却更倾向于氮磷比为1：1，且最佳氮源为氯化铵，最佳磷源为磷酸氢二钾和磷酸二氢钾。两种研究得出的结果不一致。

表面活性剂是影响降解效率的又一重要因素。表面活性剂对石油烃具有一定的增溶和分散作用，从而对石油降解菌的降解效率有重要作用，而有研究则指出表面活性剂对微生物存在一定毒害作用。刘庆新等[16]通过研究，表明表面活性剂的加量多少对石油烃降解菌的影响比较复杂：加少量的表面活性剂会促进石油烃降解菌的生长，但随着表面活性剂加量的增加,菌量反而减少，证实了上述论断。

2．3 生物降解石油烃污染物的应用

利用生物降解石油烃类污染物最早见于20 世纪80 年代末美国在Exxon Vadez 油轮石油泄露的生物修复项目中，该项目在短时间内清除了污染，治理了环境，是生物修复成