石油降解微生物的研究应用现状.docx

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石油降解微生物的研究应用现状

石油降解微生物研究现状

陈宇翔生物工程学号：

38

摘要：

本文简朴简介了石油降解微生物概念，并论述了石油降解微生物降解机理和影响微生物降解条件。

举例阐明了生物降解石油烃研究现状和对将来研究方向展望。

Abstract：

thispaperbrieflyintroducestheconceptofmicroorganismoil，anddescribesthedegradationofmicroorganismoilmechanismandinfluencingmicrobialdegradationofconditions.Forexamplethebiodegradationpetroleumhydrocarbons，theresearchpresentsituationandprospectofthefuturestudytrends.

核心词：

石油烃降解微生物石油污染高效性研究现状展望

Keywords：

petroleumhydrocarbonmicroorganismoilpollutionefficiencyresearch-statusprospect

引言：

石油作为重要能源之一已被世界各国广泛使用，随之而来石油烃污染已经对人类生存土壤及水体环境导致了严重危害，微生物降解是一种解决石油烃污染抱负办法。

在石油及石油产品开发运用中，不可避免会对人类生存环境导致污染，防范、治理石油污染成为环保重要任务之一。

当前用于石油污染治理办法重要有：

物理修复法，化学修复法和生物修复法。

与老式物理化学办法比较，生物修复法具备经济耗费少、对环境影响小、遗留问题少、最大限度地减少污染物浓度、修复时间较短、就地修复、操作以便等特点[1]，是国内外科研工作者关注热点领域，在石油污染治理中具备辽阔应用前景。

本文从简介石油降解微生物开始人手，认真分析了石油降解微生物种类、菌种特性、降解机理，分析了当前用于解决石油污染微生物技术特点，现阶段研究当前和详细应用，并对将来研究方向做出了大胆设想和展望。

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，并产气愤体、脂肪酸以及生物表面活性剂等代谢产物一类微生物总称[2]，石油降解菌对石油污染环境生物修复有重要作用[3]，在微生物采油研究领域应用也日趋广泛[4]。

石油烃降解菌能清除石油中某些石蜡组分，代谢产物重要是乙酸和棕榈酸为主脂肪酸和鼠李糖形成糖脂类表面活性剂[5]，可以进一步改进原油流动性，减少油与水界面张力，有助于提高石油采收率。

因而，研究微生物降解石油作用机理，对新型微生物菌种筛选及性能评价有重要实用价值，开发具备多功能石油烃降解菌不但在解决石油污染，也在微生物采油方面有重要作用。

1.2石油烃降解微生物种类

国外在20世纪40年代就开展了细菌降解石油烃研究[6]，国内这方面研究始于20世纪70年代末期。

研究表白，在土壤和水体环境中存在着大量可以降解石油烃微生物，重要是细菌和真菌；细菌在海洋生态系统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修复因子。

降解石油微生物诸多，据报道有2O0各种，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，放线菌重要是诺卡氏菌属（Nocardia），酵母菌重要是解脂假丝酵母（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各种芳烃。

石油烃降解菌和藻类重要种类见表1。

大量研究表白，当菌群处在石油污染环境中时，运用烃类化合物微生物数量急剧增长，特别是含降解质粒微生物。

Atlas报道在正常环境下降解菌普通只占微生物群落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浮现频率和数量比非污染环境高，阐明质粒在石油烃降解中也许起着重要作用。

降解质粒存在为降解工程菌构建提供了也许。

2.石油降解微生物降解机理

重要分为两大类及石油烃有氧降解和无氧降解

2.1石油烃类有氧降解

2.1.1有氧降解机理

好氧微生物在降解有机物代谢过程中以分子氧作为受氢体，如果分子氧局限性，降解过程就会由于没有受氢体而不能进行，微生物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；降解成果使得有机物被转化为CO2、H2O、NH4等。

有氧降解有机物转化速率快，规定充分供氧。

对环境规定较为宽松，pH值在6．5～8．5即可。

2.1.2有氧降解方式[8]

链烷烃有氧降解

C原子数不不大于1正烷烃，其降解途径以烷烃末端氧化最为常用。

微生物袭击链烷烃末端甲基，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。

有些微生物袭击链烷烃次末端，在链内碳原子上插入氧。

这样，一方面生成仲醇，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，支链存在增强了烷烃抗蚀能力，并且支链越多越大，被微生物降解难度越大。

支链烷烃氧化还会受到正构烷烃氧化作用抑制。

环烷烃有氧降解

脂环化合物普通不能用作微生物生长唯一碳源，除非有足够长脂族侧链。

因而，烷基取代脂环化合物也许被氧化两个位置是侧链和脂环上。

环烷烃降解需要两种氧化酶协同氧化，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，之后进一步降解。

虽然已发现可以在环已烷上生长微生物，但更常用是能转化环已烷为环已酮微生物不能内酯化和开环，而能将环已酮内酯化和开环微生物却不能转化环已烷为环已酮。

可见微生物之间互生关系和共代谢在环烷烃生物降解中起着重要作用。

如环已烷，由混合功能氧化酶羟化作用生成环已醇，后者脱氢生成酮，再进一步氧化，一种氧插入环而生成内酯，内酯开环，一端羟基被氧化成醛基，再氧化成羧基，生成二羧酸通过β一氧化进一步代谢。

芳香烃有氧降解

常规好氧微生物能产生混合功能氧化酶或双氧化酶，这些酶在分子氧参加下，使苯环羟基化，并进一步引起芳环裂解，因此能有效地降解芳香烃化合

物。

微生物对芳香烃降解起始途径是多样，但核心性中问产物具备一致性。

芳香烃由加氧酶氧化为儿茶酚，二羟基化芳香环再氧化，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。

对于烷基芳香烃降解来说，不论烷基取代基有多长，则一律氧化成羧酸。

多环芳烃生物降解，先是一种环二羟基化、开环，进一步降解为丙酮酸和CO2，然后第二个环以同样方式分解。

各类烃降解过程和降解产物见表2

2.2石油烃类厌氧降解

2.2.1厌氧降解机理

厌氧降解是指在无氧状况下，某些兼性厌氧微生物运用除氧以外物质（如硝酸盐、硫酸盐、二氧化碳或铁（Ⅲ）等）作为最后电子受体，以有机物为电子供体，进行降解获得化学能，同步将有机物微生物降解[9]。

厌氧降解是厌氧菌和兼性菌起作用。

厌氧降解中有机物被转化为CH4、NH3等。

厌氧降解有机物转化速率慢，需要时间长；厌氧生物降解对环境规定较严格，pH值在6．7～7．4之间。

厌氧降解环境大体分为4种：

发酵／严格产甲烷环境、以硝酸盐为最后电子受体、以硫酸盐为最后电子受体以及以Fe（Ⅲ）为最后电子受体。

2.2.2某些无机含氧化合物递氢过程

“产甲烷条件”是指可以产生甲烷发酵条件，在产甲烷条件下，二氧化碳作为最后电子受体被还原成甲烷。

硫酸盐还原菌需硫酸盐作为其厌氧代谢外来电子受体。

这种代谢普通是在硝酸盐耗尽，氧化还原电位降至200mV（pH=7）时发生。

不同pH时，硫酸盐被细菌还原氧化还原电位范畴会有所不同，降解中硫酸盐被还原成硫化物。

大多数硝酸盐呼吸菌是兼性厌氧菌，在氧被耗尽之后转而运用硝酸盐，硝酸盐可被还原成氨或分子氮。

以芳香烃为例，由于在有氧降解过程中，产生大量中问产物，如有机酸等。

因而当游离氧被耗尽时，厌氧降解经常以有氧降解中间产物为对象[10,11]。

3.影响微生物降解因素

3.1微生物种类

不同菌属微生物对石油降解能力也不同。

如细菌Acinetobactercalcoaeticus和Serratiamarcescens可分别降解C22～C30和C20～C28石油物质，而霉菌Candidatropicalis可以降解C12～C32石油物质[12]。

一种微生物普通只对特定石油成分具备较强降解能力。

因而，往往需通过接种混合微生物群落，以提高微生物降解效果。

3.2石油烃性质

石油烃自身性质也会对降解产生影响。

由于饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质等含量不同以及饱和烃中正构烃含量不同可导致它们具备不同抗降解性[13]。

普通以为，不同烃类化合物降解率如下[13]：

不大于C10直链烷烃>C10～C24或更长直链烷烃>不大于C10支链烷烃>C10～C24或更长支链烷烃>单环芳烃>多环芳烃>杂环芳烃。

低硫、高饱和烃粗油最易降解，而高硫、高芳香族烃类化合物纯油则最难降解。

3.3环境因素[14]

自然环境中石油烃类降解除与自身性质关于外，还受环境、生物等因素影响。

如温度、营养物、含氧量、pH值等。

4.微生物降解石油烃技术研究现状

近几年国内外在研究石油烃类污染物生物治理方面获得了明显成效。

但尚有诸多问题需要解决，如各种高效降解菌筛选和纯化研究比较散乱，微生物降解机理研究相对局限性，只有更进一步研究才干使微生物降解技术得到更广泛运用。

中华人民共和国科学院成都生物研究所在国家高技术研究发展筹划（“863”筹划）“水污染控制技术与治理工程”重大专项中两个课题——“高效优良菌种选育及解决系统中微生物种群优化调控”和“高效厌氧和好氧生物反映器研制与应用”研究过程中，筛选出多株高效功能菌，并对重要菌株进行了降解机制与应用办法研究[15,16,17]。

如下是近来研究几方面应用。

4.1海洋石油污染

海洋石油污染溢油污染物重要以烷烃类为主，自然发生生物降解对溢油清除起着重要作用。

但是，海洋沉积物中石油自然去除是很缓慢，生物修复技术为解决石油泄漏提供了一种也许选取。

海洋石油污染普通可采用如下3种方式进行生物修复：

投加表面活性剂，增长石油与海水中微生物接触面积；投加高效降解石油微生物，增长微生物种群数量；投加N、P等营养源，增进土著微生物对石油降解。

由于表面活性剂也许具备毒性并在环境中积累，引入高效降解菌不能对土著微生物保持长期竞争优势，同步也会引起应生态和社会问题，不同窗者对与否应当投入高效微生物以及高效微生物与否在生物修复中起作用意见不一、分歧较大，因而对投加营养盐进行海洋石油污染生物修复研究相对较多[18,19]。

4.2石油污染土壤

石油污染土壤生物修复[20]，是指运用微生物及其她生物，将存在于土壤中石油污染物降解成CO2和H20或转化成无害物质工程技术系统。

受污染土壤生物修复技术可分为原位生物修复技术和非原位生物修复技术。

其中原位解决办法是将受污染土壤在原地降解解决，即在污染区钻一组注水井，用泵注入微生物、水和营养物并通入空气，在系统中设地下水积水管，收集也许受到污染下渗水，通过解决后加入适量N、P等营养物质再注入土壤，以再循环方式解决石油污染土层。

5展望

虽然各种降解石油烃细菌已经被分离，但因寄居在海洋环境中大某些细菌不可人工培养，因此依然有诸多烃降解细菌涉及厌氧菌还没能被发现。

当前运用不依托培养rRNA检测办法，已经可以分析真实及模仿海洋石油污染环境中菌群构造变化，但对诸多海洋细菌至今仍知之甚少。

因而，此后海洋环境生物修复技术研究重点是不断改进既有石油烃降解菌及石油烃乳化菌分离办法，同步发现更多对于石油烃降解有益新菌种。

石油在储存、运送和加工过程中导致环境污染已经威胁到人类和其她生物生存和发展。

石油烃类化合物微生物降解是一种复杂过程，它效率和质量取决于石油烃类化合物存在数量及状态，周边环境条件以及微生物群落构成。

自然条件下石油烃生物降解应是此后研究重点，理解微生物对这种条件下石油烃构成变化及降解作用机理，对污染物迁移转化规律和土壤、水体污染修复解决有深远意义。

6结语

石油烃类污染物微生物降解是一种复杂过程，它效率和质量取决于石油烃类污染物存在数量及状态、周边环境条件以及微生物群落构成。

近几年国内外在研究石油烃类污染物生物治理方面获得了明显成效。

但尚有诸多问题需要解决，如各种高效降解菌筛选和纯化研究比较散乱，微生物降解机理研究相对局限性，只有更进一步研究才干使微生物降解技术得到更广泛运用。

此外，在此后研究中还应注重有关学科交叉与渗入，注重新技术、新办法使用，特别是整合分子杂交技术、基因组学技术、蛋白组学技术、DNA改组技术、遗传工程技术等在石油类污染物微生物降解研究领域中更多、更有效应用。

当前这些技术在国内研究与实际应用相对较少，但这些新技术工业化必然是石油类污染物解决技术发展趋势。

参照文献:

[1]李春荣，王文科，曹玉清．石油污染生物修复研究[J]．农业环境科学学报，，28

（2）：

234-238．

[2]易绍金.石油烃降解菌菌数测定[J].石油化学，.18（4）：

372-374.

[3]李晔，陈新才，王建兵.富含油脂污泥在土壤浆化反映器中生物修复[J].环境科学与技术，,24（5）13-15.

[4]汪卫东，国内微生物采油技术当前及发展前景[J].石油勘探与开发，,29（6）87-91.

[5]胡博仲.大庆油田机械采油配套技术[M].北京：

石油工业出版社1998:

241-255

[6]AtlasR，BarthaR．MicrobialEcology[M]．ThirdEditionTheEnjaminCummingsPublishingCo．，1993．

[7]李丽，张利平，张元亮．石油烃类化合物降解菌研究概况[J]．微生物学通报，，28（5）：

89—92．

[8]杨丽芹，蒋继辉.微生物对石油烃类降解机理[J].油气田环保，（）02-0024-03.

[9]KniemeyerO,HeiderJ.Ethylbenzenedehydrogenase,anovelhydrocarbon-oxidizingmolybdenumiron-sulfurhemeenzyme[J].JournalofBiologicalChemistry，，276：

21-23．

[10]CoschiganoPW，WehrmanTS，YoungLY．IdentificationandanalysisofgenesinvolvedinanaerobictoluenemetabolismbystrainT1：

putativeroleofaglycinefreeradical[J]．ApplEnvironMicrobiol，1997，63

（2）：

652660．

[11]DangmannE，StolzA，KuhmAE，eta1．Degradationof4-aminobenzenesulfonatebyatwo-speciesbacterialculture[J].Biodegradation，1996，7：

23-29．

[12]任南琪，李建政．环境污染防治中生物技术[M]．北京：

化学工业出版社，．

[13]张子间，刘勇弟，孟庆梅，张立辉.微生物降解石油烃污染物研究进展.[J],.03（19）3-01.

[14]郝洪强，孙敏，陈洪利.石油烃类微生物降解研究进展[J].河北化工，.

[15]严平，朱永光，吴斌等．降解炼油废水菌株0297发酵条件研究．环境科学与技术，，29（4）：

22-24.

[16]朱永光，严平，廖银章等．炼油废水解决菌剂研究．环境科学，，27（3）：

508-512

[17]谭周亮，杨俊仕，李旭东等．微生物菌剂强化解决炼油废水中试研究．水解决技术，，33

（2）：

67-70.

[18]OhYS．Efectsofnutrientsoncrudeoilbiodegradationintheupperintertidalzone．MarPollutBull，，42（12）：

1367-1372.

[19]RolingWFM，CoutoBB．Effectivenessofbiodegrada—tionfortheExxonValdezoilspil1．ApplEnvironMicro—biol，，70（6）：

2614-2620.

[20]曾玲玲，刘德福，张兴梅等．石油污染土壤微生物治理研究进展．生物技术通报,

（6）:

48-51.