微生物治理海洋石油污染研究进展
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利用微生物技术处理海洋石油污染标题:微生物技术在海洋石油污染治理中的应用与展望摘要:海洋石油污染是当前全球亟待解决的重要环境问题之一。
传统的治理方法受限于技术和成本等方面的限制,而微生物技术作为一种环境友好、高效和可持续的污染治理手段,逐渐得到了广泛关注。
本文将系统地介绍利用微生物技术处理海洋石油污染的原理、主要方法以及存在的问题,并展望了该领域未来的发展方向。
关键词:微生物技术;海洋石油污染;治理方法;可持续发展第一章引言近年来,全球海洋石油污染事件频发,严重威胁着海洋生态环境和人类的健康。
目前,为了保护海洋生态系统和维护人类环境健康,寻找一种高效、环境友好且可持续的海洋石油污染治理技术显得尤为重要。
微生物技术作为一种新兴的治理方法,对于海洋环境中的石油污染具有独特的优势。
本章将介绍研究背景、目的与意义,并提出研究内容与方法。
第二章微生物技术在海洋石油污染治理中的原理微生物技术通过利用微生物代谢能力来实现海洋石油污染物的降解转化,是一种相对先进且环境友好的治理手段。
本章将从微生物降解石油污染的基本原理和机制入手,深入探讨微生物对石油污染物的降解途径以及协同作用。
同时,还将重点阐述微生物技术在石油污染治理中的应用方法,包括生物吸附、微生物增殖和生物修复等。
第三章微生物技术在海洋石油污染治理中的应用方法本章将介绍微生物技术在海洋石油污染治理中的具体应用方法。
首先,从微生物种类和性能选择的角度,详细介绍了常见的石油降解菌种以及其特性;其次,对微生物技术在不同海洋环境中的应用情况进行了分析总结,包括浅海、深海、温带和极地等生态环境;最后,结合实际应用案例,探讨了微生物技术在海洋石油污染治理中的优势、局限性以及未来发展方向。
第四章微生物技术在海洋石油污染治理中存在的问题与挑战本章将阐述微生物技术在海洋石油污染治理中存在的问题与挑战。
主要包括两个方面:一是微生物降解石油污染的机制和途径仍不完全清楚,需要进一步研究;二是微生物技术在实际应用过程中受到环境因素、操作技术和经济成本等方面的影响,需要进行进一步优化和改进。
环境微生物对石油污染的修复效果及其机制研究论文素材引言:随着全球能源需求的增加,石油作为一种主要能源资源被广泛开采和利用。
然而,石油的开采、运输和加工过程中常常会导致环境污染。
石油污染对环境和生态系统的破坏是巨大的,因此石油污染的修复成为了一个重要的研究领域。
近年来,环境微生物修复石油污染逐渐受到关注,并取得了许多重要的研究进展。
本文将介绍环境微生物对石油污染的修复效果以及可能的机制。
一、环境微生物对石油污染的修复效果1. 微生物降解石油烃类物质石油污染主要包括多环芳烃(PAHs)、石油烃、酚类等有机物。
环境微生物通过分解和代谢这些有机物,将其转化为无害的底物和气体。
细菌、真菌和放线菌等微生物在这个过程中起到了关键作用。
一些细菌,如假单胞杆菌属、变形杆菌属等被证实具有良好的降解能力。
此外,真菌如白木霉属、革兰氏阳性菌等也被广泛应用于石油污染的修复中。
2. 微生物在污染源控制中的应用除了在石油污染的降解过程中起到作用外,环境微生物还可以通过控制污染源来减轻石油污染的影响。
例如,通过微生物修复技术减少或遏制石油泄漏,阻止其进一步扩散。
微生物阻挡系统和微生物固化剂是常用的应用方法。
3. 微生物对石油污染的生态修复生态修复是指通过调节微生物群落、植物和土壤等因素来恢复自然生态系统。
环境微生物在生态修复中起到重要的作用,通过改善土壤和水体环境来促进石油污染物的自然降解。
例如,通过引入有益微生物和植物来恢复石油污染土壤的生态功能,以实现石油污染的有效修复。
二、环境微生物修复石油污染的机制1. 微生物降解途径的调控环境微生物通过一系列酶的产生和调控来降解石油污染物。
例如,一些菌株通过表达脱氧酶、加氢酶、加氧酶等酶类来将石油烃类物质分解为可被微生物代谢的底物。
此外,微生物降解还受到温度、pH值、氧气浓度和营养物质等因素的影响。
2. 协同作用与相互作用环境微生物之间存在着复杂的协同作用和相互作用关系。
不同种类的微生物通过分泌代谢物、相互合作或竞争等方式,共同参与石油污染的修复过程。
海洋石油污染及其微生物修复研究进展一、内容概览随着全球经济的快速发展,海洋石油资源的开发利用日益增多。
然而海洋石油开发过程中产生的污染问题也日益严重,对海洋生态系统和人类健康造成了巨大威胁。
为了解决这一问题,科学家们近年来在微生物修复领域取得了显著的进展。
本文将概述海洋石油污染及其微生物修复的研究现状,重点关注微生物修复技术的发展、应用以及面临的挑战。
首先本文将介绍海洋石油污染的主要来源、类型和危害。
石油污染主要包括直接排放、泄漏事故和海上溢油等途径,其主要污染物包括有机物、重金属和其他有毒有害物质。
石油污染对海洋生态系统的影响主要表现为生物多样性减少、生产力降低和食物链受损等。
其次本文将详细介绍微生物修复技术的发展历程和原理,微生物修复技术是一种利用微生物降解石油污染物的方法,主要包括好氧菌修复、厌氧菌修复和微生物吸附等技术。
这些技术通过模拟自然界的生物降解过程,有效地去除石油污染物,同时保护海洋生态系统。
接下来本文将分析微生物修复技术在海洋石油污染治理中的应用情况。
目前微生物修复技术已经在国内外得到了广泛应用,如美国佛罗里达州的“蓝色地球”项目、中国的渤海湾污染治理工程等。
这些成功案例表明,微生物修复技术在解决海洋石油污染问题方面具有巨大的潜力。
本文将探讨微生物修复技术面临的挑战和未来发展方向,当前微生物修复技术仍存在许多问题,如修复效率低、成本高、环境适应性差等。
为了克服这些问题,科学家们需要进一步研究微生物修复机制,优化修复工艺,提高修复效率,降低成本并加强与其他污染治理技术的结合,以实现更高效的石油污染治理。
A. 海洋石油污染的背景和危害海洋石油污染是指石油开采、运输和使用过程中,由于人为因素或自然因素导致的石油泄漏到海洋中,对海洋生态环境和人类健康造成严重危害的现象。
随着全球石油消费的不断增加,海洋石油污染问题日益严重,已经成为世界各国面临的重大环境问题之一。
背景:随着全球经济的发展,石油需求不断增加,石油开采、运输和使用过程中的安全事故和泄漏事件时有发生。
海洋微生物降解石油的研究石油污染已成为全球性的环境问题,由于石油的不完全分解和有毒物质的释放,对海洋生态系统造成了严重的破坏。
为了寻求有效的石油降解方法,研究者们越来越多的海洋微生物在石油降解中的作用。
本文将对海洋微生物降解石油的研究进行综述,以期为石油污染的生物治理提供理论支持和实践指导。
海洋微生物降解石油的过程主要涉及生物氧化、水解、脱氢等反应。
通过这些反应,石油中的长链烃分子被逐渐分解为短链烃、脂肪酸等小分子物质。
虽然已有不少研究者这一领域,但大部分研究集中在降解过程中的某一环节,对整个降解过程的系统研究仍显不足。
尚有部分有毒物质在微生物降解过程中无法被完全分解,可能会对海洋生态系统造成长期威胁,这也是需要进一步探讨的问题。
本文采用文献综述和实验研究相结合的方法,对海洋微生物降解石油的过程进行深入探讨。
实验研究包括接种培养、生理生化指标测定、脂肪酸分析等。
为了便于比较和评价,实验中采用统计分析方法,对不同处理组的结果进行多重比较。
实验结果表明,经过接种培养的海洋微生物能够有效降解石油。
在降解过程中,微生物通过产生一系列酶类物质,实现对石油中不同成分的分解。
通过对生理生化指标的测定,发现微生物在降解过程中细胞生长迅速,生物量增加明显。
同时,通过脂肪酸分析,发现微生物细胞中的脂肪酸含量随着降解过程的进行而逐渐降低。
这些结果与文献综述中提到的研究结果基本一致,但尚有部分有毒物质无法被完全分解,需进一步探讨其原因及解决方法。
通过对海洋微生物降解石油的研究,我们发现虽然微生物能够有效降解石油中的大部分成分,但对于某些有毒物质仍无法完全分解。
因此,未来研究需要以下几个方面:深入研究海洋微生物降解石油的机制,找出未能完全分解的原因,以期发现更有效的降解方法;开展更为系统性的实验研究,比较不同环境因素对海洋微生物降解石油的影响,为实际应用提供指导;探讨如何将海洋微生物降解石油的研究成果应用于实际环境中,例如构建高效石油降解菌群落,为实现石油污染的生物治理提供技术支持;考虑到全球石油污染问题的严重性,有必要加强国际合作,共同应对这一环境挑战。
海洋石油污染及微生物修复一、概述海洋石油污染已成为当今全球面临的重大环境问题之一。
随着工业化和城市化进程的加速,石油开采、运输和使用过程中的泄漏、排放和溢出事件屡见不鲜,给海洋生态系统带来了严重的影响。
石油污染不仅破坏了海洋生物的栖息地,还导致生物多样性减少,生态平衡失衡,甚至对人类的健康和安全构成威胁。
微生物修复技术作为一种环保、高效的治理手段,在海洋石油污染治理中发挥着越来越重要的作用。
微生物能够利用石油中的烃类化合物作为碳源和能源进行生长和代谢,将有害物质转化为无害物质,从而达到修复污染的目的。
微生物修复技术还具有成本低、操作简便、对环境影响小等优点,因此备受关注。
海洋石油污染及微生物修复技术仍面临诸多挑战。
海洋环境的复杂性和不确定性给微生物修复技术的实施带来了困难;另一方面,现有的微生物修复技术仍存在效率不高、稳定性不强等问题,需要进一步研究和改进。
加强对海洋石油污染及微生物修复技术的研究和探索,对于保护海洋生态环境、促进可持续发展具有重要意义。
1. 海洋石油污染问题的严重性海洋石油污染问题日益凸显,其严重性不容忽视。
石油污染主要来源于石油开采、运输、加工和使用过程中的泄漏和排放,这些污染物进入海洋环境后,对生态系统造成了严重破坏。
石油污染对海洋生物造成了直接伤害。
油污覆盖在海洋生物的表面,影响其呼吸和觅食,甚至直接导致死亡。
油污还会改变海洋生物的栖息环境,使其失去生存空间。
油污中的有害物质通过食物链传递,最终可能影响到人类的健康。
石油污染破坏了海洋生态平衡。
油污导致海洋生物的种群数量减少,生物多样性降低,进而影响到整个生态系统的稳定。
生态平衡一旦被破坏,恢复将需要漫长的时间,甚至可能无法完全恢复。
石油污染对海洋环境和人类活动造成了负面影响。
油污使得海水变得浑浊,影响了海洋景观和旅游业的发展。
油污还可能对海洋渔业资源造成长期影响,降低渔业产量和经济效益。
海洋石油污染问题的严重性不容忽视。
微生物治理海洋石油污染研究进展【摘要】石油污染对海洋环境造成了严重危害,而微生物在海洋石油污染治理中发挥着重要作用。
本文首先介绍了海洋石油降解微生物的分类和特性,然后探讨了微生物在海洋石油污染治理中的应用技术和生物降解机制。
接着分析了微生物治理海洋石油污染面临的挑战与发展趋势,同时以案例进行了具体分析。
强调了微生物治理在海洋石油污染治理中的重要性,提出了未来研究方向和应用前景。
通过本文对微生物治理海洋石油污染研究进展的综合论述,展示了微生物技术在保护海洋环境和应对石油污染所起到的关键作用。
【关键词】海洋石油污染,微生物,治理,降解,分类,特性,应用技术,生物降解机制,挑战,发展趋势,案例分析,重要性,研究方向,应用前景。
1. 引言1.1 石油污染对海洋环境的危害石油污染对海洋环境造成了严重的危害,给海洋生态系统带来了巨大的影响。
石油污染会导致海洋生物生存环境的恶化,影响海洋生物的生长繁殖。
石油污染还会对海洋中的各种生物产生直接毒性,影响它们的健康和生存。
石油污染还会破坏海洋生态系统的平衡,影响海洋食物链的正常运转,最终影响到人类的生态环境和经济利益。
除了对海洋生物的直接危害,石油污染还会对海洋沿岸地区的生态环境和人类经济活动产生影响。
石油污染会污染海洋沿岸地区的沙滩、海岸线和港口,给当地生态环境和旅游业带来损失。
石油污染还会对渔业和海洋运输等经济活动造成破坏,影响当地居民的生活和经济发展。
石油污染对海洋环境的危害是十分严重的,需要我们采取有效的措施来治理和预防石油污染,保护海洋生态环境和人类利益的可持续发展。
1.2 微生物在海洋石油污染治理中的作用石油污染是海洋环境面临的严重问题之一,会给海洋生态系统带来严重的危害。
海洋石油污染会导致水质恶化、海洋生物死亡、渔业资源受损等问题,对海洋生态环境和人类健康构成威胁。
微生物在海洋石油污染治理中担当着重要的角色。
微生物具有各种降解石油污染物的能力,可以将石油中的有机物分解为无害的物质,从而清除海洋中的石油污染。
微生物治理海洋石油污染研究进展海洋石油污染是当今世界面临的一个严重环境问题,对海洋生态系统和人类健康造成了严重威胁。
在这种背景下,微生物治理海洋石油污染成为了一种备受关注的研究领域。
本文将介绍近年来微生物治理海洋石油污染研究的进展。
研究人员发现了许多具有降解石油能力的微生物,包括细菌、真菌、藻类等。
这些微生物能够利用石油中的碳源和能源进行生长和代谢,从而降解石油污染物。
已经有研究证实,通过添加适量的这些降解菌,可以加速石油污染物的降解过程。
一些研究还发现,微生物还可以产生一些特殊的酶,能够更加有效地降解石油污染物。
这些发现为微生物治理海洋石油污染提供了重要的理论和实验基础。
微生物在海洋石油污染治理中的应用也取得了一定的进展。
研究人员已经成功应用了微生物技术治理了一些重大的海洋石油泄漏事件。
2010年墨西哥湾的深水地平线号油井泄漏事故后,研究人员利用添加了一种特殊的降解菌的生物剂,成功降解了大量的石油污染物。
微生物还可以与其他物理和化学方法相结合,提高石油污染治理效果。
一些研究发现,将微生物与人工修复结构相结合可以增加降解石油污染物的速率和效果。
这些应用研究不仅为海洋石油污染的治理提供了新的思路和方法,也为实际应用提供了一定的技术支持。
微生物治理海洋石油污染研究还面临一些挑战和问题。
微生物对于不同类型的石油污染物降解能力存在差异,有些微生物对特定的石油成分具有较高的降解活性,而对其他成分的降解能力较弱。
研究人员需要对这些微生物的降解能力进行深入研究,以确定最适合实际治理的微生物菌种。
微生物在复杂的自然环境中的生存和繁殖能力也是一个重要的问题。
石油污染现场的水温、盐度、氧气含量等因素都会对微生物的活性和繁殖产生影响。
研究人员需要对这些因素进行研究,以优化微生物治理策略。
微生物治理海洋石油污染是一种具有巨大潜力和广阔应用前景的研究方向。
通过深入研究微生物降解石油能力和提高微生物在复杂环境中的生存能力,可以进一步提高微生物治理海洋石油污染的效果。
生物技术进展2015年㊀第5卷㊀第3期㊀164~169CurrentBiotechnology㊀ISSN2095 ̄2341进展评述Reviews㊀收稿日期:2015 ̄04 ̄01ꎻ接受日期:2015 ̄05 ̄01㊀基金项目:哈尔滨工业大学优秀团队支持计划资助ꎮ㊀作者简介:李贵珍ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为海洋微生物资源与利用ꎮE ̄mail:liguizhen.ok@163.comꎮ∗通信作者:闫培生ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ研究方向为海洋微生物资源与利用㊁海洋生物质及其加工废物的高值资源化㊁有害微生物的生物防治与生物农药㊁微生物发酵工程与生物制药等ꎮE ̄mail:yps6@163.comꎻ邵宗泽ꎬ研究员ꎬ博士生导师ꎬ研究方向为海洋微生物资源与海洋环境微生物ꎮ海洋石油污染及其微生物修复研究进展李贵珍1ꎬ2ꎬ㊀赖其良2ꎬ㊀闫培生1ꎬ3∗ꎬ㊀邵宗泽1ꎬ2∗1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院ꎬ哈尔滨150090ꎻ2.国家海洋局第三海洋研究所ꎬ海洋生物遗传资源国家重点实验室培育基地ꎬ福建厦门361005ꎻ3.哈尔滨工业大学(威海)海洋科学与技术学院ꎬ山东威海264209摘㊀要:海洋石油污染严重影响了海洋生态系统平衡和人类健康ꎬ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ꎮ介绍了海洋石油污染的现状和治理方法ꎬ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㊁降解机理和生物修复的研究进展ꎬ并指出了生物修复存在并需要克服的问题ꎬ以期为海洋石油污染环境修复研究提供参考ꎮ关键词:海洋ꎻ石油污染ꎻ海洋微生物ꎻ微生物修复DOI:10.3969/j.issn.2095 ̄2341.2015.03.03AdvanceonMarinePetroleumPollutionandMicrobialRemediationLIGui ̄zhen1ꎬ2ꎬLAIQi ̄liang2ꎬYANPei ̄sheng1ꎬ3∗ꎬSHAOZong ̄ze1ꎬ2∗1.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineeringꎬHarbinInstituteofTechnologyꎬHarbin150090ꎬChinaꎻ2.BreedingBaseofStateKeyLaboratoryofMarineGeneticResourcesꎬThirdInstituteofOceanographyꎬSataeOceanicAdministrationꎬFujianXiamen361005ꎬChinaꎻ3.SchoolofMarineScienceandTechnologyꎬHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiꎬShandongWeihai264209ꎬChinaAbstract:Marinepetroleumpollutionhaveaseriouseffectonthemarineecosystemsandhumanhealth.Microbialremediationtechnologyformarinepetroleumpollutionisattractingextensiveattentionforitsadvantages.Thispaperintroducedthecurrentsituationofmarinepetroleumpollutionꎬthetreatmentsofmarinepetroleumpollutionꎬandmicrobialremediationofmarinepetroleumpollution.Thepapermainlyfocusedonthediversityofpetroleumdegradingmicroorganismsꎬmechanismofdegradationandtheadvanceofboiremediation.Meanwhileꎬthispaperalsopointedouttheproblemsofmicrobialremediationwhichneedtobeovercomedꎬandhopedtoprovideusefulinformationsforthestudyonmarineenvironmentalmicrobialremediationofpetroleumpollution.Keywords:marineꎻpetroleumpollutionꎻmarinemicroorganismsꎻmicrobialremediation㊀㊀随着石油工业化进程的加快ꎬ环境污染问题变得越来越严重ꎮ近年来ꎬ由于海洋溢油事件不断发生ꎬ海洋石油污染受到越来越广泛的关注ꎮ据报道ꎬ全世界平均每年约有1.0ˑ1010kg石油流入海洋ꎬ我国每年有高达1.15ˑ108kg的石油流入海洋[1]ꎬ石油已经成为海洋环境的主要污染物ꎮ海洋中石油污染的泛滥ꎬ不仅造成了巨大的直接经济损失ꎬ对海洋生态环境的破坏所造成的间接价值的损失更是无法估量ꎮ如何修复受污染的海洋ꎬ也引起人们越来越多的思考ꎮ生物修复(bioremediation)因其为自然降解过程ꎬ具有对人和环境的影响小㊁费用低㊁不易引起二次污染ꎬ并且可以定点修复[2]等优点而得到广泛研究和应用ꎮ本文介绍了石油污染的现状及主要的治理方法ꎬ并着重介绍了微生物修复的微生物种类㊁机理及相关研究进展ꎬ以期为石油污染环境修复提供参考ꎮ1㊀海洋石油污染现状1.1㊀海洋中石油污染的来源海洋中石油的来源主要有4个:①海上油运:主要通过压舱水㊁洗舱水㊁油轮事故和石油码头的泄漏等进入海洋ꎻ②海上油田:海底石油在开采过程中不可避免的油井的井喷㊁油管的破裂等事故会导致大量石油泄入海洋ꎻ③海岸排油:海岸上的各类石油废水直接排入海洋ꎻ④大气石油烃的沉降:由工厂㊁船坞和车辆等排出的石油烃挥发到大气后ꎬ有一部分最终落入海洋[3]ꎮ据统计ꎬ每年全世界石油总产量的0.5%最终会泄入海洋ꎬ每年井喷和运输事故造成的溢油就高达2.2ˑ107tꎬ我国各种溢油事故平均每年发生500起ꎬ每年直接排入海洋的石油就有约10万tꎬ大量的石油泄入海洋ꎬ无论是对整个海洋生态环境还是人类社会而言都是极为严重的破坏[4ꎬ5]ꎮ1.2㊀石油污染的危害石油进入海洋后ꎬ主要以水体表面形成的油膜㊁溶解分散㊁凝聚态3种形式存在[6]ꎮ石油污染对海洋造成的危害主要包括生态方面的危害和社会危害两大类[6]ꎮ生态方面危害表现在:①降低光合作用:海水表面的油膜ꎬ阻挡阳光射入海洋ꎬ破坏了海洋中的O2和CO2的平衡ꎬ从而影响光合作用ꎻ②影响海气交换:油膜覆盖于海水表面破坏海洋中溶解气体的循环平衡ꎻ③影响海水中的溶解氧ꎻ④毒化作用:石油中的有毒物质ꎬ如芳香烃等具有 三致 作用ꎬ对海洋生物和人类都有很大的危害ꎻ⑤引发赤潮:海洋中石油污染严重的区域ꎬ更容易引发赤潮ꎻ⑥全球效应:石油污染会加剧温室效应ꎬ从而间接引发全球问题ꎮ社会危害主要表现在:①对渔业造成的危害:石油进入海洋ꎬ在海水表面形成油膜ꎬ降低了光合作用效率ꎬ造成海水中的溶解氧含量降低ꎬ破坏海洋中的气体交换平衡ꎬ从而导致鱼类等大量死亡ꎬ严重影响渔业的发展ꎻ②对工农业的危害:石油污染增加了捕捞成本ꎬ许多海上作业企业受到严重影响ꎻ③对旅游业的危害:海洋中的石油会污染近海ꎬ从而影响海滨旅游业的发展ꎻ④对人类健康的危害:石油中含有大量有毒物质ꎬ这些有毒物质可以通过食物链和食物网进行生物累积ꎬ最终危害人类健康ꎮ2㊀海洋石油污染的治理方法海洋石油污染处理方法可以分为物理法㊁化学法和生物法3种ꎮ物理方法主要有:①围栏法:主要是阻止石油在海面上扩散ꎻ②撇油器:在不改变石油性质的基础上ꎬ对石油进行回收ꎻ③吸油材料:用亲油性的材料ꎬ将石油进行吸附回收ꎮ化学方法主要有:①分散剂:可以有效的减少石油与海水间的表面张力ꎬ从而使石油分散成小油株ꎬ有利于微生物对其进行降解ꎻ②凝油剂:可将石油凝成粘稠状或果冻状ꎬ从而有效的防止石油扩散ꎻ③其他化学品ꎮ生物方法主要是生物修复ꎮ生物修复的概念最早是1995年由Glazer和Nikaido提出的[7]ꎬ描述微生物降解或清除环境中有害废物的过程ꎮ目前普遍认为ꎬ生物修复是指生物(尤其是微生物)催化降解环境有毒污染物ꎬ减少或最终消除环境污染的受控或自发过程[5]ꎮ生物修复一般可分为广义和狭义生物修复两方面[8]ꎮ广义生物修复指一切以生物技术为主的环境污染的治理技术ꎬ通常分为植物修复㊁动物修复和微生物修复3种类型ꎻ狭义生物修复指通过微生物的作用来清除土壤和水体环境中的污染物ꎬ或使污染物无毒化的过程ꎬ包括自然和人为控制条件下的降解或无毒化过程ꎮ与物理法和化学法相比ꎬ生物修复因其为自然降解过程ꎬ所以具有对人和环境的影响小㊁费用低㊁不易引起二次污染ꎬ并且可以定点修复[2]等优点ꎮ3㊀海洋石油污染的微生物修复3.1㊀可修复石油污染的微生物种类烃类降解菌早在20世纪初就已发现[9]ꎬ据报道能够利用烃类作为唯一碳源和能源的有79个细菌属㊁9个蓝藻属㊁103个真菌属和14个藻属[10]ꎮ据报道ꎬ从海洋环境分离到的可降解石油的微生物有70个属ꎬ其中细菌就占了40个属[11]ꎮ就目前报道的石油降解菌来看ꎬ革兰氏阴性菌比革兰氏阳性菌要多ꎮ在长期的石油污染驯化过程中ꎬ海洋中出现了一类 噬石油烃 细菌ꎬ它们能以石油为唯一碳源生长繁殖ꎬ如利用多环芳香烃(polycyclicaromatichydrocarbons)为碳源的解环菌属(Cyclo ̄561李贵珍ꎬ等:海洋石油污染及其微生物修复研究进展clasticus)[12~15]㊁假单胞菌属(Pseudomonas)[16]㊁盐单胞菌属(Halomonas)[16ꎬ17]㊁海杆菌属(Mari ̄nobacter)[16ꎬ17]㊁海旋菌(Thalassospira)[16ꎬ17]㊁海茎状菌(Maricaulis)[16]和假交替单胞菌属(Pseud ̄oalteromonas)[17]ꎻ以饱和烷烃及支链烷烃为碳源生长的食烷菌属(Alcanivorax)[18~21]ꎻ利用脂肪族烃㊁烷醇和链烷酸酯的嗜油菌属(Oleiphilus)和油螺旋菌属(Oleispira)[22ꎬ23]ꎮ另外ꎬ还有降解荧蒽的速生杆菌属(Celeribacter)[24]ꎮ除此之外ꎬ能够降解石油烃的细菌还有弧菌属(Vibrio)㊁诺卡氏菌属(Nocardia)㊁微球菌属(Micrococcus)㊁乳杆菌属(Lactobacillus)㊁节杆菌属(Arthrobacter)㊁不动杆菌属(Acinetobacter)㊁葡萄球菌属(Staphy ̄lococcus)㊁棒杆菌属(Coryhebacterium)㊁芽孢杆菌属(Bacillus)㊁产碱杆菌属(Alcaligenes)㊁黄杆菌属(Flavobacterium)㊁气单胞菌属(Aeromonas)㊁肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和无色杆菌属(Achro ̄mobacter)等[3]ꎮ海洋中能够降解石油烃的真菌主要是霉菌和酵母菌ꎬ霉菌如小克银汉霉菌(Cunninghamella)㊁曲霉属(Apergillus)[25]㊁头孢霉属(Cephalosporium)㊁镰孢霉属(Fusarium)和青霉属(Penicillium)等[26]ꎬ但其数量远远少于细菌ꎮ能够降解石油烃的酵母菌主要有亚罗酵母属(Yarrowia)[27ꎬ28]㊁假丝酵母属(Candida)[25ꎬ29ꎬ30]㊁毕赤氏酵母菌属(Pichia)和红酵母菌属(Rhodotorula)等[3ꎬ30]ꎮ3.2㊀石油污染微生物修复机理石油是一种十分复杂的混合物ꎬ包括直链烷烃㊁环状烷烃㊁芳香烃和非烃类物质等ꎮ微生物对石油烃类的降解过程本质上为生物氧化过程ꎮ代谢用途主要分以下3大类:①石油烃被彻底氧化分解成二氧化碳和水ꎻ②石油烃被合成为微生物自身生命物质ꎬ如核酸㊁蛋白质和糖类等ꎻ③石油烃被转化为其他物质ꎬ例如脂肪酸㊁苯酚和醇等ꎮ石油烃类的降解主要分为以下几种:①烷烃的降解ꎮ烷烃的生物降解是一系列酶促反应过程[11]ꎬ烷烃第一步氧化为相应的伯醇ꎬ伯醇再氧化成醛ꎬ醛再转化为相应的脂肪酸ꎬ脂肪酸再进行β ̄氧化后转化为乙酰辅酶Aꎬ乙酰辅酶A再进行氧化分解或其他转化ꎮ链状烷烃可经脱氢步骤转变为烯ꎬ烯再氧化为醇ꎬ醇氧化成醛ꎬ然后醛可转化为脂肪酸ꎻ此外ꎬ链状烷烃还可以通过直接氧化成烷基过氧化氢ꎬ然后经脂肪酸途径进行降解ꎮ有些微生物可以通过亚末端氧化ꎬ形成仲醇ꎬ再转化成伯醇或脂肪酸进行氧化分解ꎮ也有些微生物将烯烃转化为不饱和脂肪酸ꎬ再通过双键位移或甲基化等ꎬ形成支链脂肪酸ꎬ进行氧化分解ꎮ②环烷烃的降解ꎮ环状烷烃的降解和链状烷烃亚末端氧化十分相似ꎬ首先氧化为环烷醇ꎬ再脱氢变为酮ꎬ而后氧化成内酯或直接开环变为脂肪酸[3]ꎮ③苯及其衍生物的降解ꎮ苯及短链烷基苯转化为二醇中间体ꎬ再进一步转化为邻苯二酚或取代基邻苯二酚ꎬ最后变为羧酸[3]ꎮ④多环芳烃的降解ꎮ多环芳烃具有 三致 作用ꎬ因此ꎬ人们对其降解十分重视ꎮ多环芳烃的降解ꎬ首先需要微生物产生加氧酶进行氧化定位[3]:细菌一般产生双加氧酶ꎬ两个氧原子加到苯环上ꎬ变成过氧化物ꎬ而后转化为顺式二醇ꎬ再脱掉氢变成酚ꎻ真菌一般能够产生单加氧酶ꎬ在单加氧酶的作用下ꎬ将一个氧原子直接加到苯环上ꎬ从而形成环氧化物ꎬ然后加水转化成反式二醇和酚ꎮ多环及杂环破裂是杂环化合物和多环芳烃降解的限速步骤[31]ꎮ4㊀海洋石油污染微生物修复研究进展4.1㊀实验室模拟研究进展石油烃降解菌在海洋中广泛存在ꎮ早在20世纪40年代ꎬ各国就陆续开展了石油烃的生物降解及环境修复研究ꎮ我国在20世纪70年代开始研究石油烃的生物降解ꎬ也陆续出现了大量石油烃的相关报道ꎬ近年来ꎬ实验室研究主要集中于高效降解条件的优化㊁高效降解菌株的筛选及降解底物范围等方面ꎮ4.1.1㊀高效降解条件的优化㊀2011年ꎬ周瑜等[32]使用寡营养培养基对威海金海湾油污进行富集培养ꎬ获得了6株石油降解菌ꎬ分属于假单胞菌属(Pseudomonas)㊁芽孢杆菌属(Bacillus)和无色杆菌属(Achromobacter)ꎮ为了提高降解效率ꎬ他们将筛选到的细菌与分离到的微藻进行共培养ꎬ培养3d后降解效率就可提高3.79%~7 91%ꎮ数据表明ꎬ利用细菌与微藻的共生关系可以促进细菌对石油的降解ꎬ这在石油污染生物修复方面具有重要的实际应用价值ꎮ2013年ꎬHou等[33]筛选到一株不动杆菌Acinetobactersp.F9ꎬ并将其固定化ꎬ研究发现ꎬ固定化后的菌剂在2d后的降解率可以达到90%ꎬ而游离状态下的661生物技术进展CurrentBiotechnology菌剂在7d后的降解率还达不到90%ꎮ2014年ꎬ李馨子等[34]筛选到一株食烷菌Alcanivoraxsp.97CO ̄5ꎬ研究了其降解的石油效果ꎬ并进行了固定化ꎬ发现固定化后的菌剂对石油的降解率优于游离菌株ꎮ4.1.2㊀高效降解菌株的筛选及降解底物范围测定㊀2008年ꎬ苏莹等[35]从胜利油田污水中ꎬ以人工海水培养基进行富集培养得到一株适合海洋石油污染修复的菌株HB ̄1ꎬ该菌株具有较强的原油降解能力ꎬ200r/min振荡培养6d后ꎬ原油的降解率可达54.74%ꎬ经16SrDNA序列分析ꎬ鉴定该菌为不动杆菌属(Acinetobactersp.)ꎮ2010年ꎬ张月梅等[36]从北极筛选到50株以石油为唯一碳源的嗜冷降解菌ꎬ其中降解效率最高的3株BJ1㊁BJ9和BJ19都属于假交替单胞菌属(Pseudoalter ̄omonas)ꎮ这3株菌在10~20ħ的范围内均有生长ꎬ在温度为5ħ时的降解率均高于30%ꎬ在最适温度下的降解率可达45.78%~60.32%ꎮ此外ꎬ这3株菌的碳源还具有广谱性ꎬ可分别以柴油㊁汽油㊁原油㊁海燃油㊁燃油㊁正十八烷㊁正二十四烷㊁萘和菲偶氮苯等为唯一碳源生长ꎮ2014年ꎬ同济大学的王鑫等[37]从石油污染的海水中筛选到6株石油降解菌ꎬ并对其进行了菌群构建ꎬ结果表明ꎬ混合菌群对石油的降解率明显高于单菌ꎬ且菌株间具有明显的协同作用ꎮ2015年ꎬ张爱君等[38]从渤海筛选到一株假交替单胞菌(Pseudoalteromonsp.)ꎬ发现在最适条件下ꎬ其石油降解率可以达到75.71%ꎮRaghukumar等[39]的研究发现ꎬ海洋中的蓝细菌OscillatoriasalinaBis ̄was㊁PlectonematerebransBornetetFlahault和Aph ̄anocapsasp.在人工海水培养的条件下可以降解原油ꎬ通过重量法和气象色谱法测得10d内石油的去除率可以达到45%~55%(包括50%的脂肪族化合物㊁31%的石蜡和沥青㊁14%的芳香烃和5%的极性化合物)ꎮ食烷菌(Alcanivorax)是海洋中烷烃降解菌的重要组成部分ꎬWang等[40]研究发现A.dieseloleiB5能够很好的降解链长为C6~C36烷烃ꎬ包括支链烷烃ꎬ并深入研究了其降解长链烷烃的代谢网络调控机制ꎮ4.2㊀现场应用研究进展随着实验室对生物修复研究的不断成熟ꎬ生物修复技术从实验室开始ꎬ已经逐步进入了实际应用阶段ꎮ1989年美国AlaskaExxonValdez邮轮泄漏ꎬ约35500t原油泄入海洋ꎬ泄漏发生后ꎬBraddock等[41]连续3年对泄漏点威廉王子海湾的潮间带和潮下的沉积物中烃类降解微生物数量进行检测ꎬ数据显示ꎬ油膜路径地点的烃类降解微生物的数量远远超过对照组的数量ꎬ说明烃类降解菌有快速的环境适应性及修复污染环境的能力ꎮ1997年1月ꎬ约5000t石油从俄罗斯的纳霍德卡港泄漏ꎬ1200km的日本海岸受到严重污染ꎬ日本组织奥本海默生物科技公司(TerraZymeTM)进行生物修复ꎬ3周后约35%的石油得到降解[42]ꎮ2012年ꎬ郑立等[43]从海洋中筛选的石油降解菌剂在大连溢油污染岸滩修复实验中起到了良好的效果ꎬ在12d的潮间带油污生物修复中ꎬ喷洒菌剂处理区域的C17/藿烷和C18/藿烷降解率比对照组高40%和30%ꎬ总烷烃和总芳香烃降解率高80%和72%ꎬ说明此菌剂确实可以加快石油污染的生物修复过程ꎮ研究证明ꎬ海洋中存在着大量可降解石油的微生物ꎬ这为石油污染的生物修复治理提供了大量微生物资源ꎮ目前ꎬ微生物修复中的最大问题是生物降解能力不够理想ꎬ为了提高微生物降解石油的能力ꎬ目前采用的方法主要有接种高效石油降解菌㊁添加表面活性剂和添加营养盐等方法ꎮ①接种高效石油降解菌:通过接种高效石油降解菌改变污染区域的菌群结构ꎬ达到快速高效降解石油的目的ꎮ为了提高微生物降解石油的效率ꎬ许多学者还将菌剂进行固定化[33ꎬ34]ꎬ从而提高降解率ꎮ从目前的研究状况来看ꎬ通过接种高效石油降解菌的方法并不十分理想ꎬ因为海洋中存在的土著微生物会影响石油降解菌的活性ꎮ此外ꎬ也有学者对接种外来菌群是否会带来环境安全问题存有疑虑ꎮ②添加表面活性剂:表面活性剂可将石油疏散开ꎬ增大微生物与石油的接触面积ꎬ从而加速微生物对石油的降解ꎮ需要注意的是ꎬ不是所有的表面活性剂都可以加速石油的降解ꎬ许多表面活性剂由于自身具有很大毒性不仅不会加速石油的降解还会造成二次污染ꎮ例如ꎬ在1967年TorreyCanyon油轮污染事件的修复中ꎬ约10000t的分散剂被投入使用ꎬ造成了严重的环境破坏[44]ꎮ③添加营养盐:海洋受到石油污染ꎬ在碳源充足的条件下ꎬ环境中存在的石油降解菌群会大量761李贵珍ꎬ等:海洋石油污染及其微生物修复研究进展繁殖ꎬ但营养盐和氧气无法满足需求ꎬ因此通过投加营养盐的方法可以大大提高微生物降解石油的效率ꎬ降解效率甚至会提高几倍[45]ꎮ营养盐类型一般分为缓释型㊁亲油型和水溶型3种[46]ꎮ但由于海洋面积大ꎬ稀释能力强ꎬ所以要根据具体情况投加合适的营养盐ꎮ另外ꎬ海洋添加营养盐是否会引起环境某种程度的富营养化等问题也需要进一步探究ꎮ5 展望海洋石油污染呈现逐年加重的趋势ꎮ海洋中降解石油的微生物种类繁多ꎬ数量庞大ꎮ生物修复技术与化学修复㊁物理修复相比具有对人和环境影响小㊁费用低㊁不易引起二次污染等优势[2]ꎮ经过多年的研究ꎬ生物修复技术在石油污染修复中逐渐成为核心技术ꎮ但它也存在着一些不足ꎬ如见效慢㊁易受环境影响等ꎮ石油烃的生物降解过程十分复杂ꎬ降解效率主要受石油的理化性质㊁微生物的种类和环境参数的影响ꎮ环境参数主要是温度㊁盐度㊁营养浓度和pH等ꎬ这也是生物修复技术需要克服的问题ꎮ为解决这些问题ꎬ我们可以在以下方面进行改进:首先ꎬ在生物修复高效菌株的选择上ꎬ可以就地筛选出高效的石油降解菌ꎬ然后再投放回筛选地点进行生物修复ꎬ这样可以有效的避免外来微生物投加而引起的生态安全问题ꎮ其次ꎬ添加表面活性剂产生菌ꎬ许多微生物都可以产生表面活性剂ꎬ这些表面活性剂与化学表面活性剂相比较更安全可靠ꎬ我们可以将表面活性剂产生菌和高效降解菌株合理配比后投放到治理场地ꎬ这样表面活性剂产生菌株产生的表面活性剂可以有效提高石油降解菌株与石油的接触面积ꎬ从而在不添加化学分散剂的条件下ꎬ大大提高石油的降解效率ꎮ再次ꎬ营养盐的添加:大范围的营养盐开放式的添加不仅会造成营养盐的浪费而且还会造成水体富营养化ꎬ同时也大大增加了生物修复的成本ꎮ为了解决这个问题ꎬ可将营养盐与菌株进行漂浮固定ꎬ这样不仅大大降低了营养盐的添加量ꎬ而且也不会因大范围扩散而造成浪费ꎬ又可以在相当长的时间内满足降解菌株的需要ꎬ从而更经济㊁有效的提高生物修复的效率ꎮ总之ꎬ在经济快速发展的今天ꎬ海洋石油污染变得越来越严重ꎬ采用生物修复技术进行污染物降解清除ꎬ值得我们继续深入研究ꎮ参㊀考㊀文㊀献[1]㊀曲维政ꎬ邓声贵.灾难性的海洋石油污染[J].自然灾难学报ꎬ2001ꎬ10(1):69-74.[2]㊀VidaliM.Bioremediation.Anoverview[J].PureAppl.Chem.ꎬ2001ꎬ73(3):1163-1172.[3]㊀宋志文.海洋石油污染物的微生物降解与生物修复[J].生态学杂志ꎬ2004ꎬ23(3):99-102.[4]㊀徐金兰ꎬ黄廷林ꎬ唐智新ꎬ等.高效石油降解菌的筛选及石油污染土壤生物修复特性的研究[J].环境科学学报ꎬ2007ꎬ27(4):622-628.[5]㊀AtlasRM.Bioremediationofpetroleumpollutants[J].Internat.Biodeter.Biodegr.ꎬ1995ꎬ35(1):317-327. 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微生物治理海洋石油污染研究进展
海洋石油污染是一种普遍存在于海洋环境中的环境问题。
随着国内外经济的快速发展
和工业化进程的加速,海域开发及石油生产等活动频繁,海上事故和石油泄漏事故也越来
越多。
这些污染物的释放,不仅对海洋生态环境造成了损害,而且还对人类的健康产生了
危害。
因此,寻找一种高效的处理手段,解决海洋石油污染问题具有重要意义。
微生物治理海洋石油污染的原理是利用某些微生物对石油和石油分解产物的分解能力
来促进石油的降解。
微生物降解石油的过程是一个复杂的生化反应过程,可分为四个步
骤:
1.吸附与油水分离阶段:石油发生泄漏后,在海洋表面形成一层油膜,被微生物吸附。
微生物通过生物趋化现象或主动攻击移动到石油附近,在水油分界面处产生胞外聚集体,
并利用海洋表层水体中的氧气和营养物质进行代谢。
2.分解与代谢阶段:微生物在石油表面或水油分界面处,通过胞内内酰胺酶、脂肪酶
和孢子内膜酶等酶类,将石油分子切割成小分子油,然后通过细胞内代谢途径进行分解和
转化。
3.生长繁殖阶段:微生物通过利用石油中的碳、氧和氮等元素,合成新的细胞质和酶类。
在适宜的温度、pH值、盐度、营养及氧气等条件下,表现出较快的生长速度和繁殖能力。
4.细菌死亡与养分释放阶段:微生物在代谢后进入退化阶段,部分微生物会因营养物
质枯竭、有毒物质积累或压力过大等因素进入死亡状态,释放出大量营养物质,可供其他
微生物利用,还原海洋污染物质的浓度。
1.单一菌种处理法:单一菌株可依靠特定酶系降解石油中的特定组分,因此其降解速
度和能力相对较强。
但随着时间的延长,其降解能力会下降,这就需要更新菌株。
2.混合菌种处理法:混合菌种法利用多种细菌在石油的不同物理化学环境中的互补作用,协同进行石油分解。
其降解速率快,降解效果好,还可增加细菌生态平衡性。
3.现场培育微生物处理法:现场培育微生物处理法是指在石油泄漏现场采集表层水和
泥沙等样品,建立原生现场微生物菌群,并以自然界中的微生物进行处理的方法。
这种方
法适用性强,操作上也相对简单,但要求处理现场布设得当,采样与培养条件得到很好控制。
4.基因工程菌株处理法:通过改造微生物的基因,使其对石油降解产生更好的应激响应,使其降解效率和适应环境的能力得到大幅度提高。
但不稳定性较强,并存存在伦理等
问题。
微生物治理海洋石油污染以其绿色环保、经济可行、高效快捷等优势成为了石油污染治理的重要手段之一。
特别是在海上事故和石油泄漏事故中,微生物治理的优势更加突显。
目前对于微生物治理海洋石油污染空白区域还比较多,但从总体情况来看,该技术应用前景广阔。
未来的研究应进一步加深对微生物的生态学、遗传学的理解,并在不断优化处理体系的方法,从而提高降解效率,进一步推动微生物技术的发展。