不同石油降解菌降解特性及修復技術研究現狀

單 榮，黃玲巍，李志文，曹 迪

（黑龍江省八一農墾大學生命科學與技術學院，黑龍江省寒地環境微生物與農業廢棄物回收重點實驗室，黑龍江大慶 163319）

石油是通過地質變化在地下提取的高黏度黑色易燃液體礦物，這是一種成分和相態極其復雜的混合物，主要含有飽和烴、芳香烴和多種微量元素。石油是一種重要的能源物質，在開采、冶煉、儲存和運輸過程中，石油的泄漏事故帶來了嚴重的環境污染問題，特別是土壤污染和水污染。石油在空氣中會引起揮發性的污染，直接影響人體的呼吸系統，同時，還會影響肝臟、腎臟和心血管系統的正常功能，嚴重的還會導致癌變。石油污染的危害日益凸現，世界各國科研工作者尤為重視，成為國際環境修復的重要目標。

1 石油降解菌

石油降解菌 （Crude oil degradation bacteria） 在含油污水及含油土壤中存在著能夠降解利用有機物的微生物菌群，它們具有分解石油中環烷烴、芳香烴等有機物的能力[1]。研究表明，未受到石油污染的環境情況下，僅有1%的菌群可以降解石油中的烴類化合物，但被石油污染的環境中，這一比例提升到了10%。

據統計，目前有100多個屬、200多個種具有降解石油的菌株，通過不同的石油降解菌比較分析，得到在不同含油量的條件下石油降解菌的降油率的數值。在海洋環境下，石油含量為30 g/L的假替單胞菌的降油率為75.71%。在陸地環境下，降油率最高（95.02%）的鹽田菌屬，其石油含量為1 g/L。

2 不同因素對石油降解菌的影響

不同影響因素對石油降解率有著極大的影響，其中影響石油降解菌最大的2個因素是溫度和鹽濃度。溫度影響菌株中的酶活性，也改變石油的黏性和結構，從而間接地影響整個降解過程。鹽濃度直接影響菌株的生長，導致降解率的改變。

2.1 溫度

在我國一些高緯度盛產石油的地區，其具有季節變換快、冬季較漫長等特點，導致了石油的黏度升高，石油烴的溶解度降低，同時影響著微生物體內糖類、蛋白質、核酸等活性，進而影響微生物的生長、代謝和繁殖。溫度的降低或升高都會影響菌株細胞膜的流動性及相結構，也會影響支鏈脂肪酸、環狀脂肪酸的比例及合成冷激蛋白的含量等，從而影響菌株的生長率。有研究表明，在4℃條件下降解烷烴，甚至在更低的溫度條件下降解多環芳烴。低溫菌的重大發展和突破，更有助于治理高緯度石油污染地區。

2.2 鹽濃度

鹽濃度是微生物生存另一個重要因素。高鹽對微生物具有毒害作用，高鹽環境導致菌株內部的滲透壓受到影響，進一步影響酶的活性，從而破壞微生物的細胞膜和微生物的生理活動。嗜鹽石油降解菌的篩選和訓化對治理我國高鹽堿石油產區（例如：大慶油田、吉林油田、勝利油田）具有重要作用。據報道，已有70個屬150多種為嗜鹽菌。嗜鹽微生物屬于極端微生物范疇，分布廣泛。

鹽濃度過高也會導致石油降解菌脫水死亡、中毒死亡和物質吸收過程受干擾死亡。其原因是菌株內部滲透壓不平衡，導致K+濃度升高，濃度梯度發生變化，能量補充不足導致死亡[2]。

3 修復方法

石油污染的修復技術可分為化學、物理、植物和微生物修復技術。由于微生物修復擁有無二次污染、經濟節約和高效等優點，成為最具優勢的修復方法。傳統的方法是利用發掘原著菌株或外源菌種直接對污染的環境進行降解，或利用多株高效的降解菌正交法組合。石油降解菌具有存活時間較短、存活條件苛刻、修復效果不穩定等不利因素。使新興技術開始崛起，如固定化微生物技術、植物-微生物聯合修復技術及分子修復等。

3.1 植物-微生物聯合修復

植物修復是一種環境友好的綠色修復技術，具有無需異位修復和不用挖掘污染土壤進行回填等優點。大多數選用蕎菜、玉米和蓖麻等植物。石油降解菌群是一種多菌共存且復雜的生物群體，有降解能力的內生菌、共生菌和益生菌提供氧氣及養料。有研究表明，植物-微生物聯合修復增加了土壤中多酚氧化酶、脫氫酶的活性，減少了過氧化氫酶活性。其中，微生物分解和代謝石油有機物經協同作用可激活具有凈化功能的降解菌，進而形成穩定且復雜的石油降解生態系統，更有利于營造出一個良好的營養及生長的根際環境[3]。

3.2 固定化微生物技術

固定化微生物技術是利用化學法或物理法，將游離狀態的菌株或者酶固定在有限的區域內。固定化技術主要包括包埋法、交聯法和吸附法。利用聚乙烯醇（PVA）和海藻酸鈉作為載體對石油降解菌群進行固定化，與游離石油降解菌體相比，固定化石油降解菌群的石油降解率提高了近7%。固定化的石油降解菌優勢在于能夠提高微生物細胞及質粒的穩定性，對極端環境及毒性更具有適應的能力，且能在土壤中保留較長時間。

4 結語

石油作為國家工業的血脈，對于石油的依賴度與日俱增，石油對環境的污染不斷提升，此污染再降解的難題成為世界焦點。由于微生物生長緩慢、修復周期長、易受環境影響等劣勢，廢物資源化的亟待難以解決。當前的研究有4個方面需深入探索：①篩選出石油降解菌，再利用純化的菌株進行混菌，進一步提高降解率；②利用植物-微生物聯合修復方法，在大田實際中的廣泛應用；③微生物降解機制的深入研究，其酶的催化作用和降解過程中生物協同的作用等機理；④利用與基因工程、酶工程、基因組學和蛋白質組學等交叉學科的技術，改變微生物內部的基因和蛋白質結構、提高石油的降解率，是生物研究的新方向。