石油降解微生物的研究现状

石油降解微生物的研究现状

陈宇翔生物工程学号：11208523802538

摘要：本文简单介绍了石油降解微生物的概念，并叙述了石油降解微生物的降解机理和影响微生物降解的条件。举例说明了生物降解石油烃的研究现状和对未来研究方向的展望。

Abstract: this paper briefly introduces the concept of microorganism oil, and describes the degradation of microorganism oil mechanism and influencing microbial degradation of conditions. For example the biodegradation petroleum hydrocarbons, the research present situation and prospect of the future study trends.

关键词：石油烃降解微生物石油污染高效性研究现状展望

Keywords: petroleum hydrocarbon microorganism oil pollution efficiency research-status prospect

引言：

石油作为重要能源之一已被世界各国广泛使用，随之而来的石油烃污染已经对人类生存的土壤及水体环境造成了严重的危害，微生物降解是一种处理石油烃污染的理想方法。在石油及石油产品的开发利用中，不可避免的会对人类生存环境造成污染，防范、治理石油污染成为环境保护的重要任务之一。目前用于石油污染治理的方法主要有：物理修复法，化学修复法和生物修复法。与传统的物理化学方法比较，生物修复法具有经济花费少、对环境影响小、遗留问题少、最大限度地降低污染物的浓度、修复时间较短、就地修复、操作方便等特点[1]，是国内外科研工作者关注的热点领域，在石油污染的治理中具有广阔的应用前景。

本文从介绍石油降解微生物开始人手，认真分析了石油降解微生物的种类、菌种特征、降解机理，分析了目前用于处理石油污染的微生物的技术特点，现阶段研究现在和具体应用，并对未来的研究方向做出了大胆的设想和展望。

正文：

1.石油降解微生物以及其种类

1.1石油降解微生物

石油降解微生物是指能将石油烃作为唯一碳源进行生物降解，并产生气体、脂肪酸以及生物表面活性剂等代谢产物的一类微生物的总称[2]，石油降解菌对石油污染环境的生物修复有重要作用[3]，在微生物采油研究领域的应用也日趋广泛[4]。

石油烃降解菌能清除石油中的部分石蜡组分，代谢产物主要是乙酸和棕榈酸为主的脂肪酸和鼠李糖形成的糖脂类表面活性剂[5]，可以进一步改善原油的流动性，降低油与水的界面张力，有利于提高石油采收率。因此，研究微生物降解石油的作用机理，对新型微生物菌种的筛选及性能评价有重要的实用价值，开发具有多功能的石油烃降解菌不仅在处理石油污染，也在微生物采油方面有重要作用。

1.2石油烃降解微生物的种类

国外在20世纪40年代就开展了细菌降解石油烃的研究[6]，我国这方面的研究始于20世纪70年代末期。研究表明，在土壤和水体环境中存在着大量能够降解石油烃的微生物，主要是细菌和真菌；细菌在海洋生态系统的石油烃类降解中占主导地位，而真菌则是淡水和陆地生态系统中更为重要的修复因子。

降解石油的微生物很多，据报道有2O0多种，细菌假单胞菌属(Pseudomonas)、棒杆菌属(Corynebacterium)、微球菌属(Micrococcus)、产碱杆菌属(Alcaligenes)等，放线菌主要是诺卡氏菌属(Nocardia)，酵母菌主要是解脂假丝酵母(Candidalipolytica)和热带假丝酵母(C．tropicalis)，霉菌有青霉属(Penicillium)和曲霉属(Aspergillus)等。此外，蓝细菌和绿藻也都能降解多种芳烃。

石油烃降解菌和藻类的主要种类见表1。

大量研究表明，当菌群处于石油污染环境中时，利用烃类化合物的微生物数量急剧增长，尤其是含降解质粒的微生物。Atlas报道在正常环境下降解菌一般只占微生物群落的1％，而当环境受到石油污染时，降解菌比例可提高到10％[7]。含质粒细菌在石油烃污染环境中出现的频率和数量比非污染环境高，说明质粒在石油烃的降解中可能起着重要作用。降解质粒的存在为降解工程菌的构建提供了可能。

2.石油降解微生物的降解机理

主要分为两大类及石油烃的有氧降解和无氧降解

2.1 石油烃类的有氧降解

2.1.1 有氧降解机理

好氧微生物在降解有机物的代谢过程中以分子氧作为受氢体，如果分子氧不足，降解过程就会因为没有受氢体而不能进行，微生物的正常生长规律就会受到影响，甚至被破坏。

有氧降解是由好氧微生物和兼性微生物起作用；降解结果使得有机物被转化

为CO

2、H

2

O、NH

4

等。有氧降解有机物转化速率快，要求充分供氧。对环境要求较

为宽松，pH值在6．5～8．5即可。

2.1.2 有氧降解方式[8]

链烷烃的有氧降解

C原子数大于1的正烷烃，其降解途径以烷烃末端氧化最为常见。微生物攻击链烷烃的末端甲基，由加氧酶、脱氢酶、水化酶等混合功能氧化酶催化，生成伯醇，再进一步氧化为醛和脂肪酸，脂肪酸接着通过氧化进一步代谢，被彻底氧化成二氧化碳和水。有些微生物攻击链烷烃的次末端，在链内的碳原子上插入氧。这样，首先生成仲醇，再进一步氧化，生成酮，酮再代谢为酯，酯键裂解生成伯醇和脂肪酸。醇接着继续氧化成醛、羧酸，羧酸则通过G氧化进一步代谢。

支链烷烃的降解途径和直链烷烃相似。相对直链烷烃而言，支链烷烃较难为微生物所降解，支链的存在增强了烷烃的抗蚀能力，并且支链越多越大，被微生物降解的难度越大。支链烷烃的氧化还会受到正构烷烃氧化作用的抑制。

环烷烃的有氧降解

脂环化合物通常不能用作微生物生长的唯一碳源，除非有足够长的脂族侧链。因此，烷基取代的脂环化合物可能被氧化的两个位置是侧链和脂环上。环烷烃的降解需要两种氧化酶的协同氧化，一种氧化酶先将其氧化为环醇，接着脱氢形成环酮，另一种氧化酶再氧化环酮，环断开，之后深入降解。虽然已发现能够在环已烷上生长的微生物，但更常见的是能转化环已烷为环已酮的微生物不能内酯化和开环，而能将环已酮内酯化和开环的微生物却不能转化环已烷为环已酮。可见微生物之间的互生关系和共代谢在环烷烃的生物降解中起着重要作用。如环已烷，由混合功能氧化酶的羟化作用生成环已醇，后者脱氢生成酮，再进一步氧化，一个氧插入环而生成内酯，内酯开环，一端的羟基被氧化成醛基，再氧化成羧基，生成的二羧酸通过β一氧化进一步代谢。

芳香烃的有氧降解

常规的好氧微生物能产生混合功能的氧化酶或双氧化酶，这些酶在分子氧的参与下，使苯环羟基化，并进一步引发芳环裂解，所以能有效地降解芳香烃化合物。微生物对芳香烃降解的起始途径是多样的，但关键性的中问产物具有一致性。芳香烃由加氧酶氧化为儿茶酚，二羟基化的芳香环再氧化，邻位或问位开环。邻位开环生成已二烯二酸，再氧化为j3一酮已二酸，后者再氧化为三羧酸循环的中间产物琥珀酸和乙酰辅酶A。问位开环生成2一羟已二烯半醛酸，进一步代谢生成甲酸、乙醛和丙酮酸。对于烷基芳香烃的降解来说，不管烷基取代基有多长，则一律氧化成羧酸。多环芳烃的生物降解，先是一个环二羟基化、开环，进一步降，然后第二个环以同样方式分解。

解为丙酮酸和CO

2

各类烃的降解过程和降解产物见表2

2.2 石油烃类的厌氧降解

2.2.1 厌氧降解机理

厌氧降解是指在无氧情况下，一些兼性厌氧微生物利用除氧以外的物质(如硝酸盐、硫酸盐、二氧化碳或铁