石油烃污染土壤的生物修复

从中原油田污染土壤中通过实验室驯化培养分离到一组能以中原原油为碳源的快速生长的石油烃降解菌.用该组降解菌接种原油污染土壤,研究其原位生物联合修复实验,接种降解菌的各区分别种植大豆、施有机肥料、施有机肥料和锯末,与空白试样作对比.经过120d的联合修复,各区石油降解菌的总数(lgcfu/g)由接种时的5.25分别变为7.79、4.96、5.15、4.67.石油烃降解率分别达到89.4%、72.5%、76.7%、49.2%.表明分离的该组石油烃降解菌是一组高效降解菌且其与植物联合修复石油污染土壤能显著提高修复效果.     

植物修复石油烃污染土壤的机制

根据石油烃污染土壤植物修复的应用和研究现状,对近年来国内外植物修复机制进行阐述与探讨。植物首先通过根系直接吸收石油烃,并利用自身的新陈代谢或植物内生菌的协作将其去除。石油烃一旦被根系吸收,植物就会通过木质化作用将其储存在组织中,或通过植物挥发或植物降解将其转化成一些低毒的中间代谢产物或CO_2和H2O;而植物内生菌与植物降解、植物修复以及植物保护密切相关。其次,根际分泌物和根际微生物在石油烃污染土壤根际修复方面起到重要作用。根际是受根系活动影响的一个微生态区,因而可以认为根际修复是去除土壤中石油烃的主要方式。植物根系可以向根际释放一些分泌物和酶类。其中,酶可以直接作用于石油烃,对石油烃的降解起到关键的作用;而根际分泌物可以向根际微生物提供碳源、能源或共代谢物,使根际微生物数量和活性明显高于非根际,生物降解作用增强。今后可以从根际分泌物作用的微生态过程、功能基因的寻找和构建、厌氧氧化的过程和机制、植物内生菌的作用和应用,以及利用组学手段研究植物修复机制5个方面开展工作,以期望为未来植物修复工作提供重要的科学支持。     

不同石油浓度对两种作物生理生化的影响

初步探索小麦和玉米对石油污染土壤的耐受性,同时摸索这两种农作物在石油污染的胁迫下对石油污染土壤的潜在修复效果,以期为现场进行相关的植物修复提供理论依据。实验设置了0%、0.5%、1.5%、3%四组石油污染土壤处理,对小麦和玉米两种供试植物进行了温室盆栽观测试验。结果表明,受试植物的发芽率在石油的胁迫下均呈下降的趋势,并且当浓度达到3%时影响显著;石油对小麦和玉米的生长表现出抑制作用,其株高、叶片数、干物质量与对照相比有较明显的降低;小麦和玉米的叶绿素含量随着石油浓度的升高而降低;小麦叶片中丙二醛(MDA)含量及可溶性蛋白含量随着石油浓度的升高呈先增加后下降的趋势,而玉米种的MDA含量则是随着石油浓度的升高而升高,可溶性蛋白含量则是随着石油浓度的升高呈下降趋势。     

石油污染盐碱土壤翅碱蓬根围的细菌多样性及耐盐石油烃降解菌筛选

为了更好地了解石油污染盐碱土壤翅碱蓬根围的细菌多样性,采用16S rRNA基因克隆文库方法对其进行分析,在此基础上采用富集培养方法从该生境中分离筛选耐盐石油烃降解菌.16S rRNA基因克隆文库分析结果表明,海杆菌属(Marinobacter)、食烷菌属(Alcanivorax)和假单胞菌属(Pseudomonas)是该生境中的优势菌.他们可能在石油污染盐碱土壤翅碱蓬植物修复过程中起重要作用.进一步采用富集培养方法,从该生境中分离得到8株耐盐石油烃降解菌,可以耐受6％-10％浓度的NaCl,石油烃降解率在32.3％-57.0％之间.经16S rRNA基因序列分析,8株菌隶属于戈登氏菌属(Gordonia)、无色杆菌属(Achromobacter)、迪茨菌属(Dietzia)、芽胞杆菌属(Bacillus)和假单胞菌属(Pseudomonas).他们可能参与石油污染盐碱土壤翅碱蓬植物修复过程中的石油烃降解.     

白桦和辽东栎纯林腐殖层土壤对9种灌草的化感效应

采集立地条件基本相同的白桦和辽东栎林地及无林荒地(对照)腐殖质层土壤,在塑料大棚内进行9种灌草植物播种盆栽试验,研究森林腐殖质土壤对林下灌草植物的化感效应.结果表明: 白桦林腐殖质土壤显著抑制紫花苜蓿和草木樨种子萌发,降低草木樨、小冠花、紫花苜蓿和胡枝子过氧化氢酶(CAT)活性,提高柠条、小冠花和沙打旺幼苗丙二醛(MDA)含量,小冠花、紫穗槐、紫花苜蓿、草木樨和沙打旺生物量在白桦林腐殖质土壤中显著降低48.2%、45.1%、44.2%、37.3%和36.0%.辽东栎纯林腐殖质土壤显著抑制紫花苜蓿和沙打旺发芽率,降低毛苕子、紫穗槐和紫花苜蓿叶片叶绿素含量,提高胡枝子、柠条、草木樨和沙打旺MDA含量,沙打旺、紫花苜蓿、草木樨和紫穗槐生物量在辽东栎林腐殖质土壤中显著降低52.6%、43.8%、35.5%和34.6%.白桦林腐殖质土壤对紫花苜蓿、草木樨和紫穗槐,辽东栎林腐殖质土壤对紫花苜蓿、沙打旺和紫穗槐生长整体上存在明显化感抑制效应.     

入侵植物肿柄菊叶片凋落物化感潜力的研究

外来入侵植物肿柄菊(Tithonia diversifolia)对入侵地的生态环境造成严重危害, 为明确肿柄菊叶片凋落物的化感作用, 研究不同浓度肿柄菊叶片凋落物水提液对黑麦草(Lolium perenne)、高羊茅(Festuca elata)和高丹草(Sorghum sudanense)幼苗生长的影响, 同时结合盆栽试验研究了肿柄菊叶片凋落物在入侵地土壤中的化感作用。结果表明, 肿柄菊凋落物水提液对3 种受体植物的生长具有显著地化感作用, 低浓度水提液对3 种受体植物的幼苗生长有显著促进作用, 而随着水提液浓度的增加则表现为抑制作用。当水提液浓度为0.1 g·mL–1 时, 肿柄菊对高丹草幼苗根长和黑麦草幼苗茎高的抑制作用最强, 化感效应指数分别为–52.2%和–33.9%。同时, 肿柄菊凋落物与土壤混合比例为30 g·kg–1 和50 g·kg–1 时可显著减低3 种受体植物的生物量, 进一步证实肿柄菊叶片凋落物在土壤中的化感抑制作用。研究表明, 肿柄菊可通过其叶片凋落物在入侵地土壤中分解, 释放化感物质, 从而抑制邻近植物的生长, 为其进一步入侵创造有利的生长环境。     

小黑麦对石油污染盐碱土壤细菌群落与石油烃降解的影响

为了研究小黑麦对石油污染盐碱土壤中的细菌群落与石油烃降解率的影响,采用高通量测序技术,设置0 g/kg,1 g/kg和5 g/kg三个石油浓度,以未种植小黑麦的土壤作为对照,对6组不同处理的盐碱土壤样品的细菌群落结构及其多样性进行测定,并分析土壤中的石油烃降解率。结果表明:在土壤石油浓度为1 g/kg和5 g/kg时,小黑麦根际土壤中的石油烃降解率相较对照组分别提高了36.67%和33.20%。从6个土壤样品中分别获得21398—27899条测序序列。在石油污染土壤中,小黑麦根际土壤的细菌群落多样性和丰度均大于对照组的土壤。同时,在"门","纲","属"的分类水平上,小黑麦根际土壤细菌群落中的一些根际细菌的相对丰度增加了,主要包括变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、烷烃降解菌科-未命名菌属(Alcanivoracaceae_norank)、黄单胞菌属(Xanthomonas)、亚硝化单胞菌-不可培养菌属(Nitrosomonadaceae_unculture)等。有一些相对丰度增加的根际细菌是以石油及石油分解物为碳源的微生物。本研究证明种植小黑麦改变了石油污染盐碱土壤根际土壤细菌群落结构组成和多样性,促进了降解石油微生物群落的构建,显著提高了盐碱土壤石油污染的降解效果。研究结果为石油污染盐碱土壤的植物修复奠定了理论基础。     

石油污染土壤植物-微生物修复研究进展

依据国内外近10年来有关石油污染土壤生物修复研究的成果,综合阐述了石油污染土壤的植物修复、微生物修复及植物-微生物联合修复方法研究,重点讨论植物-微生物联合作用,主要包括植物根际微生物、根分泌物以及菌根对石油污染物降解的影响,提出了污染土壤原位修复中需要重视的问题.     

乌兰布和沙漠东北缘三种豆科绿肥植物生物量和养分含量及其对土壤肥力的影响

土壤肥力是限制乌兰布和沙漠东北缘沿黄灌区建立高产绿洲的主要因子之一。在内蒙古自治区磴口县试验地种植3种绿肥植物,比较它们改良土壤的效果。结果表明,1～2年生紫花苜蓿的总生物量干重为最高,而沙打旺则因其抗风沙能力强,地上部分生长较其它两种植物为好,由于植株中水分含量较高,其生物量的鲜重在三者中是最高的。2年生绿肥植物总生物量干重和养分含量的测定结果则显示,全氮和全磷含量的变化趋势为沙打旺〉紫花苜蓿〉草木樨,而全钾含量则为紫花苜蓿〉草木樨〉沙打旺;从3种植物对土壤改良效果来看,改良作用为沙打旺〉紫花苜蓿〉草木樨。与两种常用的绿肥作物相比,沙打旺因其对风沙较强的抗性而具有较高的改良土壤能力,因此在同类型的沙漠绿洲开发初期可以作为改良土壤的首选植物。     

高效石油烃降解菌不动杆菌(Acinetobacter sp.BZ-15)的筛选、鉴定及其降解性能研究

本研究旨在从土壤中筛选高效石油烃降解菌株,并对其系统分类和降解特性进行研究,为石油污染的原位修复奠定基础.该研究从滨州油井溢油污染土壤样品中分离得到一株高效石油烃降解菌株BZ-15,对菌株BZ-15进行形态观察、16S r RNA基因序列分析及系统发育树分析;对该菌株的生长特性进行研究;通过GC-MS分析其对原油组分中不同碳原子饱和烃的降解特性;同时研究吐温-20对其生长及降解特性的影响;对该菌株中的烷烃羟化酶基因alk M进行了克隆.结果表明,菌株BZ-15为不动杆菌属(Acinetobacter sp.)细菌,在LB培养基中其代时为3.25 h,添加吐温-20代时为2.67 h,吐温-20可促进菌株BZ-15生长;该菌株可降解C13~C28碳链长度饱和烃,饱和烃降解率为61.0%,添加吐温-20饱和烃降解效率为52.2%,吐温-20可抑制菌株BZ-15降解饱和烃;菌株BZ-15存在烷烃羟化酶基因alk M,通过末端氧化途径对饱和烃进行降解.     

土壤真菌差异影响入侵豚草与本地植物生长及互作

采用温室盆栽实验,研究了本地植物土壤与豚草入侵地土壤中真菌对外来植物豚草和2种本地植物生长及对豚草与本地植物互作的影响。结果表明:在本地植物土壤中,杀真菌剂处理下,豚草单独种植、与本地植物狗尾草混合种植或与紫花苜蓿混合种植时,其生物量分别比未采用杀真菌剂处理高46.7%、39.1%和90.5%,但杀真菌剂对狗尾草及紫花苜蓿的生物量却没有显著影响;在豚草入侵地土壤中,与未采用杀真菌剂的处理相比,杀真菌剂处理使单独种植的豚草的生物量降低了44.3%,同时杀真菌剂也降低了本地植物狗尾草和紫花苜蓿的生物量,但杀真菌剂的施用对与狗尾草或紫花苜蓿混合种植的豚草的生物量却没有显著影响;进一步比较了本地植物土壤和豚草入侵土壤中真菌对植物生长的反馈作用,结果显示,在本地植物土壤中,真菌对豚草生长呈现负反馈,但在豚草入侵地土壤中,真菌对单独种植的豚草表现出正反馈,而且与本地植物土壤比较,土壤真菌对与本地植物混合种植的豚草的负反馈作用明显变小了。本研究结果为深入研究豚草入侵的土壤微生物学机制提供了一定的实验证据。     

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%。     

支脉河口滨岸潮滩植被分布与土壤理化特征分析

为探讨河口潮滩小尺度植被分异特征及其潜在控制因子, 2011年7月对支脉河口滨岸潮滩植被及土壤理化特征进行了调查分析。结果表明: 支脉河口滨岸潮滩植被为芦苇(Phragmites australis)、翅碱蓬(Suaeda salsa)、互花米草(Spartina alterniflora) 和糙叶苔草(Carex scabrifolia)等优势群落的镶嵌式带状分布。土壤水溶性盐含量为5.50 g·kg–1, 为典型的中-重盐土盐渍滩涂; 土壤水解氮、有效磷、速效钾和有机质含量分别为13.56 mg·kg–1、11.85 mg·kg–1、239.34 mg·kg–1和4.15 g·kg–1, 除速效钾含量丰富外总体较贫瘠; 植物多度与土壤水解氮含量以及高度与速效钾含量显著正相关(P<0.05), 其它植被特征与土壤理化因子间无显著相关性(P>0.05)。复杂潮沟系统造成的生境异质性、土壤营养物质以及水溶性盐含量等因子的共同作用, 造成了支脉河口滨岸潮滩植被的分布格局。     

辽河油田土壤石油污染及其微生物群落特征

本研究采取辽河油田曙光采油厂、欢喜岭采油厂和锦州采油厂井场周边土壤,并以未污染稻田土壤作为对照,分析了各采样点的土壤理化性质、石油烃浓度组成及土壤微生物群落结构。结果表明: 1) 3个采油厂井场周边土壤均受到严重的石油烃污染,但其石油烃浓度及组成存在一定的差异,曙光和欢喜岭采油厂土壤石油烃平均浓度是锦州采油厂的2倍以上;曙光采油厂土壤中胶质沥青质含量最高,而欢喜岭和锦州采油厂土壤中烷烃含量最高,比例均在40%以上。2)与稻田土壤相比,锦州采油厂土壤微生物操作分类单元(OTU)、Chao1指数和Shannon指数升高,而其在曙光和欢喜岭采油厂土壤中降低;各采油厂土壤样品中存在相同的优势菌门及菌属,但丰度存在较大差异。锦州采油厂土壤中分枝杆菌属、假单胞菌属的丰度高,曙光采油厂土壤中鞘氨醇单胞菌属、类诺卡氏菌属、马赛菌属的丰度高,而欢喜岭采油厂土壤中溶杆菌属、硫杆菌属、假节杆菌属的丰度高。3)相关分析表明,鞘氨醇单胞菌属、类诺卡氏菌属、硫杆菌属、马赛菌属、假节杆菌属与总石油烃、总有机碳和胶质沥青质含量呈显著正相关,分枝杆菌属、溶杆菌属、假单胞菌属与总氮和总磷呈显著正相关。本研究系统分析了不同采油厂土壤中石油烃、土壤理化性质和微生物群落特征,揭示了辽河油田污染土壤中特定的优势菌属和群落结构,为辽河油田石油烃污染土壤修复功能微生物筛选及修复过程菌群构建提供理论依据,也为其他油田高效降解菌筛选提供了方法借鉴。     

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.     

草本凋落物与尿素联合修复对油污土壤生物化学性质的影响

为研究植物残体配合施氮对石油污染土壤生物学和化学性质的综合修复能力,以紫花苜蓿(Medicago sativa)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)和小冠花(Coronilla varia)3种广泛分布于陕北石油污染区的草本植物凋落物为对象,分别在配合施氮调节土壤C∶N为25∶1和不配合施氮的条件下,将其与45.37 g/kg的重度石油污染土壤混合,在20—25℃、恒湿条件下进行为期180 d的室内修复试验,检测上述处理对油污土壤微生物数量、11种土壤水解酶和氧化还原酶活性以及速效N、P和K含量的影响。结果表明:(1)3种凋落物处理均可显著提高污染土壤中放线菌和真菌数量,蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶、木聚糖酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性以及速效养分含量,并显著降低土壤总石油烃含量。(2)配合施氮总体上显著强化了凋落物对污染土壤生化性质的修复作用,但对凋落物处理下木聚糖酶、脲酶、蛋白酶和脱氢酶活性和微生物数量的恢复可能产生不利影响。(3)单纯使用凋落物作为调理剂可以更为全面的修复油污土壤受损生化性质,具有高N和P含量、较低C/N、C/P比以及较低多酚和木质素含量的凋落物修复效果更好。在急需迅速修复土壤的条件下,配合适量施氮可作为强化凋落物修复效果的可选途径,但应注意其导致的部分土壤生化指标修复效果的降低。     

石油污染土壤堆制微生物降解研究

采用异位生物修复技术堆式堆制处理方法 ,对辽河油田原油污染土壤进行了生物修复处理研究 .处理工程设 4个处理料堆单元 ,每个处理单元长 118.5cm ,宽 6 5 .5cm ,高 12 .5cm .研究结果表明 ,当进行处理的石油污染土壤中石油烃总量为 5 .2 2 g·10 0 g-1土时 ,利用黄孢原毛平革菌 (Phanerochaetechrysospori um) ,经过 5 5d的运行 ,石油烃总量去除率达 5 4.2 % .堆制处理中影响污染土壤石油烃总量生物降解的主要变化因子为污染土壤的O2 和CO2 含量、降解石油烃微生物的数量、污染土壤pH的变化 .通过监测这些数据的变化 ,可直接反映该工程的处理石油污染土壤的效果 .本处理工程采用定期通风措施 ,操作简单、运行费用低廉 ,为石油污染土壤生物修复实用化提供了一种简单易行的污染土壤清洁技术 .     

镉超积累植物及植物镉积累特性转基因改良研究进展

植物提取修复技术是一项既经济又环保的土壤镉(Cd)污染修复技术,该技术的关键是筛选Cd超积累植物或利用基因工程手段改良植物以提高其Cd积累能力。人们已发现遏兰菜等7种Cd超积累植物及美人蕉等潜在的Cd超积累植物。还发现了许多与Cd耐受和积累能力有关的基因:(1)编码与Cd积累、耐受有关酶的基因,如细菌中的ACC(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid),植物中的PCS(Phytochelatin Synthase)基因;(2)编码金属结合蛋白的基因:MT(Metallothionein)、转运蛋白(P-type ATPase、ABC型转运器)基因;(3)其它相关基因:Hvhsp17、PvSR2(Phaseolus vulgaris stress-related gene number 2)等。并将其中的一些基因转入到其它生物中,提高了其对Cd的耐受性和积累量,为实现Cd污染土壤修复的目标奠定基础。     

丛枝菌根对有机污染土壤的修复作用及机理

丛枝菌根(AM)是丛枝菌根真菌(AMF)与植物根系相互作用的互惠共生体,能改良土壤结构,增强植物抗性.自然界中已知的AMF有170多种,分布广泛,且可与大多数植物共生.利用AM修复有机污染土壤正成为一个崭新的研究方向.本文综述了AM对多环芳烃、酞酸脂、石油和农药等一些典型有机污染物污染土壤的修复作用.AM修复有机污染土壤的机理主要包括:AMF代谢有机污染物;AM分泌酶,降解污染物;AM影响根系分泌作用,并促进根际微生物对有机污染物的降解;AMF宿主植物吸收积累污染物.AM修复研究中,高效AMF的筛选、复合菌种效应、土壤老化、AM作用下植物对有机污染物的吸收积累等几方面仍有待于深入研究.     

根际圈在污染土壤修复中的作用与机理分析

根际圈以植物根系为中心聚集了大量的生命物质及其分泌物,构成了极为独特的“生态修复单元”。本文叙述了根在根际圈污染土壤修复中的生理生态作用,富集、固定重金属,吸收、降解有机污染物等功能;菌根真菌对根际圈内重金属的吸收、屏障及螯合作用,对有机污染物的降解作用;根际圈内细菌对重金属的吸附与固定,对有机污染物的降解作用以及根际圈真菌和细菌的联合修复作用等,同时对可能存在的机理进行了分析,认为根际圈对污染土壤的修复作用是植物修复的重要组成部分和主要理论基础之一,并指出利用重金属超富集植物修复重金属污染土壤具有广阔的应用前景;筛选对水溶性有机污染物高吸收富集及其根 发泌能力强的特异植物,同时接种利于有机污染物降解的专性或非专性真菌和细菌可能会成为有机污染土壤植物修复研究的重要方向之一。