石油降解菌群的构建及其生物修复研究

论文摘要

根据新疆石油污染区的土壤污染状况,从石油污染的土壤中筛选获得了3株优势石油降解菌,并初步探讨了生物表面活性剂在菌株摄取石油过程中的作用机制;通过考察环境和生物因素对3株菌代谢石油能力的影响,及菌株代谢石油组份的范围,构建高效降解菌群,为最终将其应用于实际污染体系提供理论依据。主要结果如下:克拉玛依油田土壤受到不同程度的石油污染,土壤含油量波动较大,范围在5200-20345mg/kg,高于国家标准10倍以上,油田地区土壤污染严重,亟待治理修复。从石油污染土壤中筛选分离到3株优势石油降解菌,经鉴定DM-1和DM-3为芽孢杆菌属细菌,DM-2为假单孢菌属细菌,3株石油降解菌的最佳培养条件为温度30℃,pH 7.5,盐度0.5%。通过细胞表面疏水性、排油活性及生物表面活性剂抑制剂EDTA对菌株降解原油的影响等实验证实3株降解菌对原油的摄取依赖于其自身分泌的表而活性剂,增加油-水表面面积,从而提高其生物可利用性。研究表明3株菌产生表面活性物质是脂肽、脂蛋白类物质,菌株在对数生长期产表面活性剂,表面活性剂的产生是生长相关型,稳定期浓度达到最大。菌株DM-1、DM-2和DM-3产表面活性剂的最佳条件为pH7.5,温度30℃,盐度0.5%,在48小时达到最大产量,分别为1.78g·L-1,2.15g·L-1和2.75g·L-1。添加葡萄糖、蛋白胨、酵母粉和生物表面活性剂有利于3株菌降解利用原油,其中蛋白胨对DM-1和DM-3降解率的提高优于葡萄糖和酵母粉,而酵母粉有利于DM-2降解原油。生物与环境因素对3株降解菌代谢石油的能力有显著影响,通过摇瓶实验分别得到了3株菌在原油浓度为1%时的最优降解条件和最高降解率:菌株DM-1在pH为7、温度30℃、接种量10%,150r/min下培养7d的降解率为66.94%。菌株DM-2在pH为7.5、温度32℃、接种量10%,150r/min下培养7d的降解率为63.39%。菌株DM-3在pH为8.0、温度30℃、接种量10%,150r/min下培养7d的降解率为77.05%。此外,3株降解菌对石油中的饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质的利用能力有差别。菌株DM-1和DM-2对饱和烃和沥青质有较高的降解能力,而菌株DM-3对饱和烃和非烃降解效果较好,同时对芳香烃的利用能力较菌株DM-1和DM-2有较大的提高。根据3株菌降解底物成分的差异构建石油降解菌群,获得了高效菌群3、4、16组合,7d的降解率分别达到了83.33%、85.25%和83.06%,能够在较短的时间内有效地降解石油污染物。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第1章 文献综述
• 1.1 石油污染现状和修复方法
• 1.1.1 石油污染物及石油污染现状
• 1.1.2 石油污染土壤的危害
• 1.1.3 石油污染的修复方法
• 1.2 生物表面活性剂在生物修复中的应用
• 1.2.1 生物表面活性剂的结构特点
• 1.2.2 生物表面活性剂的分类及其微生物来源
• 1.2.3 石油污染物降解与生物表面活性剂产生的相关性
• 1.3 石油污染土壤的微生物修复技术
• 1.3.1 石油污染土壤的微生物处理方法
• 1.3.2 石油降解微生物
• 1.3.3 石油污染土壤生物修复的影响因素
• 1.4 论文的研究意义和技术框架
• 第2章 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 供试土壤和石油
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 药品
• 2.1.4 仪器
• 2.2 方法
• 2.2.1 土壤中石油含量的测定方法
• 2.2.2 石油污染区土壤性质的测定
• 2.2.3 石油降解菌的筛选方法
• 2.2.4 微生物常规鉴定方法
• 2.2.5 16SrDNA 分析方法
• 2.2.6 石油降解菌生长曲线和生长特性研究
• 2.2.7 细胞表面疏水性的测定
• 2.2.8 菌株排油活性测试
• 2.2.9 表面活性剂的定性测定
• 2.2.10 表面活性剂的定量
• 2.2.11 表面张力的测定
• 2.2.12 油水乳化能力测定
• 2.2.13 石油降解率的测定
• 2.2.14 原油组分柱层析分析方法
• 2.2.15 石油降解菌脱氢酶活的测定
• 第3章 石油降解菌的筛选与鉴定
• 引言
• 3.1 石油污染区土壤样品的分析
• 3.2 石油降解菌的筛选及鉴定
• 3.2.1 石油降解菌的筛选
• 3.2.2 石油降解菌的鉴定
• 3.3 石油降解菌生长特性研究
• 3.3.1 石油降解菌生长曲线的测定
• 3.3.2 初始pH 对石油降解菌生长的影响
• 3.3.3 温度对石油降解菌生长的影响
• 3.3.4 盐度对石油降解菌生长的影响
• 3.4 小结
• 第4章 石油降解菌摄取石油烃的机制
• 引言
• 4.1 石油降解菌产表面活性剂的初步研究
• 4.1.1 石油降解菌表面疏水性研究
• 4.1.2 石油降解菌产表面活性剂的确定
• 4.1.3 表面活性剂定性分析
• 4.1.4 初始pH 对石油降解菌产表面活性剂的影响
• 4.1.5 温度对石油降解菌产表面活性剂的影响
• 4.1.6 盐度对石油降解菌产表面活性剂的影响
• 4.1.7 石油降解菌生长与表面活性剂形成的关系
• 4.2 表面活性剂稳定性评价
• 4.3 降解菌摄取石油烃的研究
• 4.3.1 接菌方式对降解原油的影响
• 4.3.2 EDTA 对生物表面活性剂的抑制作用
• 4.3.3 不同添加物对生物降解的作用
• 4.4 小结
• 第5章 石油降解菌降解条件的优化及高效菌群的构建
• 引言
• 5.1 环境和生物因素对石油降解的影响
• 5.1.1 温度对石油降解的影响
• 5.1.2 初始pH 对石油降解的影响
• 5.1.3 盐度对石油降解的影响
• 5.1.4 浓度对石油降解的影响
• 5.1.5 接种量对石油降解的影响
• 5.2 菌株降解石油能力与降解过程中微生物活性的关系
• 5.2.1 菌株生长与石油降解之间的关系
• 5.2.2 菌株脱氢酶活性与石油降解之间的关系
• 5.3 菌株降解石油组分的分析
• 5.4 石油降解菌群的构建
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介
• 导师评阅表