海洋石油污染及其微生物修复研究进展

海洋石油污染严重影响了海洋生态系统平衡和人类健康,海洋石油污染的微生物修复技术因其自身的优势越来越受到人们的重视。介绍了海洋石油污染的现状和治理方法,并着重介绍了海洋中石油污染微生物修复中降解微生物的种类、降解机理和生物修复的研究进展,并指出了生物修复存在并需要克服的问题,以期为海洋石油污染环境修复研究提供参考。     

海洋石油污染物的微生物降解与生物修复

石油是海洋环境的主要污染物 ,已经对海洋及近岸环境造成了严重的危害。微生物降解是海洋石油污染去除的主要途径。海洋石油污染物的微生物降解受石油组分与理化性质、环境条件以及微生物群落组成等多方面因素的制约 ,N和P营养的缺乏是海洋石油污染物生物降解的主要限制因子。在生物降解研究基础上发展起来的生物修复技术在海洋石油污染治理中发展潜力巨大 ,并且取得了一系列成果。介绍了海洋中石油污染物的来源、转化过程、降解机理、影响生物降解因素及生物修复技术等方面内容 ,强调了生物修复技术在治理海洋石油污染环境中的优势和重要性 ,指出目前生物修复技术存在的问题。     

低温微生物修复石油烃类污染土壤研究进展

耐冷菌、嗜冷菌等低温微生物广泛存在于极地、高山以及高纬度等土壤环境中,是石油烃类污染物在低温条件下降解与转化的重要微生物资源.利用低温微生物的独特优势,石油污染土壤的低温生物修复技术的研究成为当前热点领域.本文系统综述了低温石油烃降解菌的分类及冷适机制,低温微生物对不同类型石油烃组分的降解特征和降解机理,低温环境中接种降解菌、添加营养物质和表面活性剂等强化技术在石油污染土壤中生物修复的应用.以及微生物分子生物学技术在低温微生物降解石油烃的研究现状,为拓展我国石油污染土壤生物修复技术提供参考.     

石油污染生态系统中细菌群落结构及其代谢机制研究进展

石油化工产品的不合理处置与泄漏导致石油及其衍生物大量释放到环境中,由此造成的环境污染问题日益严重,石油污染已成为全球性公害之一。微生物修复技术凭借其成本低、环境友好等优势,广泛应用于石油污染的治理。大量研究表明功能微生物群落在石油污染生态系统的修复体系中发挥了重要的作用。其中,细菌是最主要、最活跃的石油降解微生物。然而,在原位/异位生物修复过程中,存在功能菌群在污染体系中难维持、易失调及石油烃降解途径不明晰等问题。因此,本文总结了石油污染自然生态系统和微宇宙实验体系中的细菌群落结构、石油烃代谢机制及相关功能基因,并对微生物法处理石油污染的未来研究方向提出展望,为石油污染场地生物修复方案的制定提供理论参考。     

石油烃生物降解过程的研究进展

石油烃污染物属于难降解混合物,生物修复已经成为石油烃污染环境的主要修复方法。文中简述了微生物对石油烃的间期适应过程和转运过程,并通过对部分典型石油烃成分的微生物降解机理和代谢路径的梳理和综述,阐释了石油烃生物降解过程中的菌株、基因、代谢路径等研究进展。此外,利用基因工程和代谢工程等手段,可对野生型石油烃降解菌进行改造,进一步提升其对石油烃污染环境的生物修复能力。最后,从石油烃降解菌的代谢途径改造、人工混菌体系的设计构建等角度,结合合成生物学和代谢工程的手段,提出了对石油烃降解的研究展望,以期提升对石油烃污染物的生物修复效果。     

微生物降解石油污染物机制研究进展

石油污染是当前紧迫的水环境问题,研究石油污染物降解机制有助于探索石油污染修复技术路径。重点介绍了微生物降解石油污染物过程中的微生物种类、降解机制和反应机理,即具有代表性的细菌、真菌和藻类,石油烃的有氧降解(链烷烃、环烷烃和芳香烃)和厌氧降解(脱氢羟基化、延胡索酸盐加成)。并对微生物降解石油组分的影响因素进行了讨论,具体包括:烃类结构(支链多结构越复杂,越难降解)、微生物种类(混合菌的生化降解能力更强)、环境因子(pH、温度、盐度、含氧量和营养物质),进一步指出了生物修复技术应用于石油污染修复治理研究中的优缺点。此外,还对现有微生物降解技术的应用做了简要概述,归纳总结现有研究中存在的问题,尝试性的提出了今后生物降解石油污染物的研究重点,即生物降解石油的机制还需进一步明确,并重点分析了生物电化学方法在降解去除石油污染物方面可行性。综述石油烃生物降解机制和反应机理,以期为生物修复水体石油污染提供参考和借鉴作用。     

土壤与水体有机污染的生物修复及其应用研究进展

系统论述了土壤、水有机污染物的主要来源、特点、有机污染生物修复的概念、应用范围、成功实例与研究进展等,特别是对于泄漏石油污染的生物成功降解方法、效果,土壤中易爆炸物如ＴＮＴ、废水中有机污染的有效降解等,评价了生物修复所具有突出优势,对有机、无机污染物降解过程中植物、微生物筛选、基因修饰、分子克隆与转基因植物方面近年来所取得的惊人成果与突破性进展,无疑正激励着人们开拓更大的应用范围。预计不久的将来,更多具有环境净化与生物修复功能的商业性综合技术与高效性工程生物将投入应用。     

两株绿脓杆菌对石油污染土壤的修复作用

本文旨在研究环境条件下微生物对石油污染土壤的修复情况。从矿井周边土样定向筛选出两株绿脓杆菌,摇瓶降解实验发现,两菌混合培养10 d原油降解率达到95.67%,比单菌培养提高至少32%,即两菌对原油降解具有协同作用。根据降解实验结果制备了混合修复菌剂,并且人工构建石油污染场地,展开中试场地修复试验,模拟不同的操作条件下土壤中原油的降解情况。经60 d修复发现,添加了菌剂的场地,石油烃含量下降趋势明显,每克土壤中石油烃含量从初始的0.8%降至0.1%–0.3%,其中额外添加有机肥作为补充碳氮源的场地,总石油烃降解率最高,达到85.28%。而未添加菌剂的对照组石油烃含量仅减少25.85%。     

嗜盐微生物在环境修复中的研究进展

人类活动产生的污染物,使一些天然盐环境遭受不同程度的污染,或者使环境受到污染物与高盐的双重污染。在高盐条件下,非嗜盐微生物的代谢会受到抑制,其生物修复效率明显降低,甚至丧失修复能力。嗜盐微生物则能够在高盐环境中栖息繁殖,凸显其修复被污染高盐环境的生物学效率和广阔的应用前景。就嗜盐微生物降解石油烃、芳香烃衍生物和有机磷等污染物的研究进展进行了综述和讨论。     

多环芳烃污染土壤生物修复研究进展

多环芳烃 (Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs) 是一类广泛分布于环境中的持久性污染物,结构稳定、难以降解,对生态环境和生物具有“三致”毒害性,其环境去除和修复备受关注。绿色、安全、经济的生物修复技术被广泛应用于PAHs污染土壤的修复。本文从土壤中PAHs的来源、迁移、归趋和污染水平总结了目前我国土壤多环芳烃污染的基本状况;归纳了具有PAHs降解作用的微生物、植物种类及机理;比较了微生物修复、植物修复和联合修复3类主要的生物修复技术。指出植物与微生物的互作机理的解析,抗逆菌株、植株的筛选与培育,实际应用的安全和效能评估应成为多环芳烃污染土壤修复领域未来的研究方向。     

胶州湾沉积物可培养细菌的多样性及其抑菌活性

【目的】海洋微生物在活性物质开发方面具有巨大的应用前景。为了研究胶州湾微生物的多样性和抑菌活性,选取胶州湾9个观测站点的沉积物进行了细菌多样性及抑菌活性分析。【方法】采用YPD和Z2216E培养基分离细菌,通过16S r RNA基因测序对分离菌株进行分类鉴定,继而采用牛津杯法考察分离菌株对7株指示菌的抑菌活性,最后用PCR方法筛选16株代表菌的PKSI、NRPS、CYP、Phz E和d TGD基因。【结果】从胶州湾沉积物中共分离出76株细菌,通过对16S r RNA序列分析,将其归为8个科11个属:节杆菌属、考克氏菌属、微球菌属、微杆菌属、假交替单胞菌属、Oceanisphaera、海单胞菌属、葡萄球菌属、芽孢杆菌属、硫胺素芽孢杆菌属和短芽孢杆菌属,其中分离细菌中有34株至少对1种指示菌有抑菌活性。所选取的16株菌均能检测到一种功能基因,且其中5株菌能同时检测到3种以上的功能基因。【结论】以上研究表明胶州湾海域有丰富的微生物资源,在生物活性次级代谢产物合成上有较大潜力。     

北疆传统发酵生奶酪中乳酸菌的耐受性及益生特性测定

【背景】北疆乳制品中生奶酪作为发酵乳制品,其中有多种微生物的参与,是优质食品级微生物的宝贵来源,然而其中蕴含的丰富的微生物资源也面临着流失。【目的】研究已筛选出的41株乳酸菌的生长曲线变化规律,并对其在低pH环境的耐酸特性及益生特性进行分析。【方法】通过人工模拟胃肠液和含0.3%、0.5%、1.0%浓度牛胆盐溶液培养,对从生奶酪中分离鉴定的41株乳酸菌菌株进行人工胃肠液、牛胆盐耐受性试验。【结果】41株乳酸菌中有6株乳酸菌(编号为QM-5、QM-27、UM-12、UM-18、NM-11和NM-14)均能在pH值分别为2.0、2.5、3.0、3.5、4.0时生长较好,在pH 2.0的环境下也保持一定程度的生长。菌株存活率大于50%,乳酸菌含量为108 CFU/mL以上。从生奶酪分离的乳酸菌有极强的耐酸、耐胆盐特性,可以预测在胃肠道环境生存。41株菌对大肠杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)均有抑制作用。【结论】通过比较耐酸性、胃肠道模拟、胆盐耐受性和抑菌特性等实验结果,初...     

镉离子污染条件下微生物群落中细菌与藻类的相互作用

【背景】水体微生物有着丰富的多样性,不同种类的微生物之间的相互作用对水体生态系统的组成结构与功能具有重要影响。水体内的藻类与某些微生物可以发生多种相互作用,然而人们对逆境条件下的菌藻有益相互作用尚缺乏深入研究。【目的】为了研究镉对水体微生物群落的影响以及镉胁迫下菌藻之间可能的相互作用。【方法】本研究运用了基于16S rRNA基因的高通量测序技术,分析在不同Cd~(2+)条件下微生物群落结构的变化,利用微生物相互作用网络分析菌藻之间可能发生的相互作用。【结果】通过分离培养筛选出了与集胞藻PCC6803互作抗Cd~(2+)的关键细菌Y9菌株。【结论】研究结果表明Y9菌株属于Phyllobacteriaceae科,与微生物群落组成和微生物互作网络的分析结果相符。本研究为探索水体环境中微生物种间相互作用、菌藻互作抗Cd~(2+)的生态效应提供参考依据。     

烟草根际可培养微生物多样性及防病促生菌的筛选

[背景] 根际微生物在植物根部生态系统中扮演着重要角色,影响着植物的营养吸收和健康生长。[目的] 了解常年不发病烟田烤烟品种K326根际可培养微生物的多样性,筛选具有防病促生功能的菌株,为烟草病害绿色防控提供资源。[方法] 采用传统培养方法对烟草根际土壤中的细菌和真菌进行分离鉴定,评价菌株的促生特性及病原菌拮抗能力,并进一步验证典型菌株对盆栽烟苗的促生效果。[结果] 共获得261株微生物菌株,包括160株细菌和101株真菌。经分子鉴定,细菌中以变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）为主要类群;真菌中以子囊菌门（Ascomycota）和毛霉菌门（Mucoromycota）为主要类群。在属水平上,细菌以假单胞菌属（Pseudomonas）和芽孢杆菌属（Bacillus）为主,真菌以曲霉属（Aspergillus）和青霉属（Penicillium）为主。从不同种水平上进一步选择44株细菌为代表菌株,发现它们均具有不同程度的吲哚-3-乙酸（Indole-3-Acetic Acid,IAA）产生能力,9株能够溶解有机磷,16株能够溶解无机磷,13株产生铁载体,14株产生生1-氨基环丙烷-1-羧酸（1-Aminocyclopropane-1-Carboxylate,ACC）脱氨酶。从160株细菌中筛选得到抑制青枯病菌和黑胫病菌的菌株数目分别为25、26株。经盆栽试验发现韩国假单胞菌（P. koreensis） HCH2-3、浅黄绿假单胞菌（P. lurida） FGD5-2和贝莱斯芽孢杆菌（B. velezensis） EM-1对烟苗呈现不同程度的促生作用,其中3株菌联合施加对烟苗的促生效果最明显。[结论] 烟草根际存在着丰富多样的具有防病促生潜力的微生物,并且合成菌群或功能互补的菌株联合施用是未来微生物菌剂研发的重要方向。     

一株耐碱高效长链烷烃降解菌C24MT1的筛选及其降解特性

【背景】石油被称为“液体黄金”,人类的工业生产活动在利用其创造巨大社会价值的同时,也对自然环境造成了严重的污染。微生物修复技术是现阶段治理石油类污染有效的手段之一,具有经济、高效、无二次污染等优点。【目的】从受石油污染的土壤中分离高效降解长链烷烃正二十四烷的菌株,探究其降解特性及在微生物修复中的应用前景。【方法】通过形态学及16S rRNA基因测序进行菌株鉴定,采用气相色谱法检测菌株对正二十四烷的降解效果,并结合气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometer, GC-MS)分析降解中间产物以推测其潜在代谢途径。【结果】筛选到一株可高效降解正二十四烷的菌株C24MT1,经鉴定为不动杆菌属(Acinetobacter)。该菌株最适降解条件为30 °C、pH 9.0、盐度2 g/L,该条件下生长7 d对9 g/L正二十四烷的降解率高达86.63%;与此同时,菌株在强碱性环境(pH 11.0)中生长良好(OD₆₀₀为0.39)并保持较高烷烃降解率(75.38%),对极端环境具备较强的耐受能力;对降解中间产物进行分析,推断菌株代谢长链烷烃正二十四烷的途径可能包括末端氧化及次末端氧化。【结论】不动杆菌C24MT1具有良好的环境适应能力及烷烃降解能力,在后续微生物菌剂开发和石油类污染土壤的环境修复领域具有巨大的应用前景。本研究可为盐碱地区高浓度石油类污染土壤的修复提供优良菌种,并进一步丰富石油烃类生物降解的菌种资源库。     

基于基因组的一株土壤固氮菌分离菌株鉴定及其促生作用

[目的] 为获得高效固氮菌株,充分研究利用土壤固氮菌资源。[方法] 选取固氮能力较高的紫色土发育水稻土,采用富集纯化法分离固氮微生物菌株。通过16S rRNA基因系统发育分析和全基因组相关指数比较对新分离菌株进行物种鉴定。采用乙炔还原法和¹⁵N₂示踪法定量测定新分离菌株的固氮能力,通过培养特性和接种效果初步研究固氮菌株的促生作用。[结果] 从紫色土发育水稻土中分离得到1株可在无氮培养基上快速生长的菌株P208。基于16S rRNA基因和基因组92个核心基因的系统发育分析结果表明,新分离菌株P208与Azotobacter chroococcum IAM 12666^T（=ATCC 9043^T）系统发育距离最近（16S rRNA基因相似度为99.79%）。菌株P208与A.chroococcum ATCC 9043^T的基因组平均核苷酸一致性（ANI）、平均氨基酸一致性（AAI）和数字DNA-DNA杂交值（dDDH）高于物种分类阈值（ANI>95%-96%,AAI>95%-96%,dDDH>70%）,最大唯一匹配指数（MUMi）低于物种分类阈值（<0.33）,得出新分离菌株P208为褐球固氮菌（A.chroococcum）。A.chroococcum P208固氮活性为模式菌株A.chroococcum ATCC 9043^T的2.61倍。除固氮能力外,A.chroococcum P208具有IAA生成、溶磷活性和铁载体生成等促进植物生长潜力的培养特性,室内培养条件下接种A.chroococcum P208能够促进水稻、小麦幼苗根系的生长。[结论] 从固氮能力较强的水稻土中分离纯化得到1株具有较强固氮、促生潜力的固氮菌,具有潜在的开发应用价值,可为研究利用生物固氮提供微生物资源。     

北黄海沉积物可培养产蛋白酶细菌分离鉴定

【目的】揭示北黄海沉积物中可培养产胞外蛋白酶细菌及蛋白酶多样性,增加人们对北黄海生态系统中产蛋白酶菌多样性的认识,为海洋产蛋白酶微生物的挖掘提供菌群资源。【方法】分别将5个北黄海沉积物样品梯度稀释涂布至酪蛋白明胶筛选平板,选择性分离产蛋白酶细菌;并通过分析基于16S rRNA基因序列的系统发育关系,揭示这些细菌的分类地位和遗传多样性;分别测定胞外蛋白酶活性并对酶活较高的39株菌进行基于苯甲基磺酰氟(PMSF,丝氨酸蛋白酶抑制剂)、邻菲罗啉(o-phenanthroline,O-P,金属蛋白酶抑制剂)、E-64(半胱氨酸蛋白酶抑制剂)和pepstatin A(天冬氨酸蛋白酶抑制剂)4种抑制剂的酶活抑制实验以及所有菌株对3种底物(酪蛋白、明胶、弹性蛋白)的水解能力;分析这些细菌所产胞外蛋白酶的特性及多样性。【结果】从5个北黄海沉积物样品中分离获得66株产蛋白酶细菌,这些菌株隶属于Bacteroidetes、Proteobacteria、Actinobacteria和Firmicutes 4个门的7个属,其中Pseudoalteromonas(69.9%)、Sulfitobacter(12.1%)和Salegentibacter(10.6%)是优势菌群;沉积物中可培养的产蛋白酶细菌的丰度为104 CFU/g;蛋白酶酶活抑制实验表明所有测定菌株产生的胞外蛋白酶属于丝氨酸蛋白酶和/或金属蛋白酶,仅有少数菌株所产蛋白酶具有半胱氨酸蛋白酶或天冬氨酸蛋白酶活性。【结论】北黄海沉积物中可培养产蛋白酶细菌类群较为丰富,Pseudoalteromonas、Sulfitobacter和Salegentibacter菌株是优势菌群,测定菌株所产胞外蛋白酶主要是丝氨酸蛋白酶和/或金属蛋白酶。     

镉吸附细菌的分离及其对土壤镉的固定

[目的] 探究镉吸附细菌是否能够高效固定土壤有效镉（Cd）,为土壤有效Cd的微生物固定提供理论依据。[方法] 利用含Cd²⁺牛肉膏蛋白胨液体培养基对细菌进行Cd的耐受性测试筛选出镉抗性强的菌株;通过16S rRNA基因相似性及系统进化分析鉴定耐镉细菌,将菌细胞加入含CdCl₂溶液中进行Cd²⁺吸附效率测定;通过土培模拟实验,测定土壤pH、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、CEC、有效Cd及微生物数量来分析镉吸附细菌对镉污染土壤的影响。[结果] 从德阳鱼腥草根际土壤中分离获得的57株细菌对Cd²⁺表现出不同程度的抗性,并从中筛选出3株耐Cd优势细菌普罗威登斯菌属（Providencia）DY8、芽孢杆菌属（Bacillus）DY3和芽孢杆菌属（Bacillus）DY1-4。其对溶液中的Cd²⁺表现出较好的吸附作用,吸附效率随着Cd²⁺浓度升高而降低。DY8、DY3、DY1-4能使镉污染土壤中有效Cd含量分别降低72.11%、68.55%、62.32%,同时显著提高镉污染土壤中碱解氮、有效磷的含量。[结论] Cd污染农田土壤中含有丰富的耐Cd微生物资源,Cd吸附细菌能降低土壤中有效Cd的含量,且能有效改善土壤养分条件。     

多环芳烃降解菌的筛选、鉴定及降解特性

【目的】多环芳烃(PAHs)是一类普遍存在于环境中且具有高毒性的持久性有机污染物,高效降解菌的筛选对利用生物修复技术有效去除环境中的多环芳烃具有重要意义。研究拟从供试菌株中筛选多环芳烃高效降解菌,并分析其降解特性,为多环芳烃污染环境的微生物修复提供资源保障和科学依据。【方法】采用平板法从25株供试菌株中筛选出以菲和芘为唯一碳源和能源的高效降解菌,经16S rRNA基因序列进行初步鉴定,通过单因素实验法分析其在液体培养基中的降解特性。【结果】筛选出的3株多环芳烃高效降解菌SL-1、02173和02830经16S rRNA基因序列分析,02173和02830分别与假单胞菌属中的Pseudomonas alcaliphila和Pseudomonas corrugate同源性最近,SL-1为本课题组发表新类群Rhizobium petrolearium的模式菌株;降解实验表明,菌株SL-1 3 d内对单一多环芳烃菲(100 mg/L)和芘(50 mg/L)的降解率分别达到100%和48%,5 d后能够降解74%的芘;而其3 d内对混合PAHs中菲和芘的降解率分别为75.89%和81.98%。菌株02173和02830 3 d内对混合多环芳烃中萘(200 mg/L)、芴(50 mg/L)、菲(100 mg/L)和芘(50 mg/L)的降解率均分别超过97%。【结论】筛选出的3株PAHs降解菌SL-1、02173和02830不仅可以高效降解低分子量PAHs,还对高分子量PAHs具有很好的降解潜力。研究表明,由于共代谢作用低分子量多环芳烃可促进高分子量多环芳烃的降解,而此时低分子量多环芳烃的降解将受到抑制。