PH混合菌对多环芳烃的吸附、摄取及生物降解

【摘要】随着国家对能源需求的增加，石油在其开采、运输以及加工炼制过程中大量进入环境，特别是海洋溢油事故频繁发生，严重威胁了海洋生物、生态环境以及人类健康。针对风化后难以被降解，且具有“三致”作用的多环芳烃，以及低温、营养物匮乏、高盐等特殊海洋环境的难题，本论文筛选多环芳烃降解菌，初步探讨了石油烃特别是多环芳烃的吸附、摄取及降解机理或规律，同时利用微生物固定化技术，制备固定化微生物，模拟海洋溢油的生物修复过程，强化去除多环芳烃，得出以下结论：（1）从胜利油田石油污染污泥中筛选分离出一组被命名为PH系列的多环芳烃降解菌（PH混合菌），其原油降解率为60%，经鉴定：PH-1、PH-2、PH-3和PH-4分别隶属于假单胞菌属（Pseudomonassp.,KF113575），芽孢杆菌属（Bacillussp.,KF113576），苍白杆菌属（Ochrobactrumsp.,KF421109）和假单胞菌属（Pseudomonassp.,KF113577）。（2）PH混合菌降解多环芳烃及原油的最适宜环境条件不同。萘：浓度800mg/L，pH=7.5，NaCl10g/L，温度35oC；菲：浓度40mg/L，pH=7，NaCl5g/L，温度30oC；芘：浓度100mg/L，pH=7，NaCl15g/L，温度30oC；原油：浓度3g/L，pH=8，NaCl7g/L，温度30oC。在萘、菲、芘和原油各自最佳条件下的生物降解率分别为：80%、30%、56%和48%。（3）PH混合菌对重金属离子具有较大的容忍性（最大容忍浓度分别为6.2mMCu2+，2.7mMZn2+，9.5mMPb2+），且在重金属离子和污染底物共存的情况下，其对萘、菲、芘和原油的降解分别能达到53%、21%、32%、44%。（4）共代谢底物葡萄糖、α-乳糖、可溶淀粉、酵母粉、脲中，α-乳糖是PH混合菌降解石油烃（萘、菲、芘、原油）的最佳共代谢底物，其萘、菲、芘和原油生物降解率分别达95%、68%、60%、40%。（5）活性混合菌体表面吸附和体内摄取石油烃的稳定性顺序为：萘>菲≈芘>原油；加热致死混合菌体吸附多环芳烃的量为常量，而吸附原油的量为变量，且逐渐降低。（6）PH混合菌的疏水性>35%，表现出较强的降解活性和乳化性能；其疏水性与底物浓度、毒性和菌浓度有关；PH混合菌分泌的膜周、膜内和胞外酶对不同的污染底物（萘、菲、芘、原油）的代谢性能不同。（7）推测细菌可能在降解有毒污染物（原油及多环芳烃）过程中通过改变细胞膜及细胞壁的通透性来摄取污染物，细胞内部主要通过细胞质（包括细胞器如核糖体和内部酶等）来降解污染物。（8）核桃壳和半焦炭对萘、菲、芘、原油的吸附符合拟二阶动力学模拟方程式，且浓度越小拟合性越好；不同载体材料对固定化微生物制备的影响因素重要性不同：以核桃壳为吸附剂制备的固定化微球，各因素影响重要性顺序及最优配比为：核桃壳（20%）>CaCl2（1%）>α-乳糖（0.1%）>海藻酸钠（6%）；半焦炭为吸附剂：α-乳糖（0.3%）>半焦炭（20%）>海藻酸钠（6%）>CaCl2（1%）；活性炭为吸附剂：α-乳糖（0.5%）>CaCl2（5%）>活性炭（20%）>海藻酸钠（4%）；固定化降解菌经过5d的生物降解，其原油降解率48%较游离菌高出21%。（9）混合菌细胞存在羧基、氨基和磷酸盐等官能团；生物降解污染底物过程中要经过吸附、摄取等阶段；半焦炭经固定化处理后孔隙度变大，更易于微生物吸附。（10）生物修复过程中微生物主要消耗硝基氮；人工海水较自然海水的生物降解效果好；固定化菌较游离菌，五种烷基化芳烃降解率高，经过28d自然海水中对萘系列的降解率高于50%，菲、二苯并噻吩、芴和系列高于30%，总芳烃的降解率达63%；为取得好修复效果，应及时添加菌剂、磷源和硝基氮源。本论文研究结果对了解微生物如何吸附、摄取与降解污染底物具有重要意义，并为固定化多环芳烃降解菌剂应用于海洋溢油的生物修复的可行性提供理论与技术支持。
【作者】徐娜娜；
【导师】包木太；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋化学工程与技术，2014，博士
【关键词】海洋溢油；多环芳烃降解菌；多环芳烃；生物降解；生物吸附；摄取；

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