极地环境污染物的微生物降解及其生物修复研究进展
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还可以通过一次还原生成
使其更易溶于水以此来消除
它的生物半衰期仅需要一年左右。
物和环境降解变化,其主要反应是去除氯化氢以形成
径的第一步。
这个过程涉及氢原子取代脂肪链上的氯原条件的交替使用在DDT生物降解方面具有优势。
图1 细菌通过还原脱氯降解DDT的途径
2 影响DDT微生物降解的因素
2.1 微生物自身的影响
微生物的种类、代谢活性和适应性直接影响DDT等化学农药的降解和转化。
许多试验表明,同一物种的不同微生物种类或菌株对同一的有机基质或有毒金属的反应不同。
微生物具有高度的适应性和驯化能力。
新化合物可以通过适应过程诱导微生物产生相乳剂。
DDT分子中特定位置上的氯离子的存在成为限制其被微生物降解的主要原因。
2.3 影响土壤中微生物降解DDT的因素
影响土壤中微生物降解DDT的因素主要有土壤有机质、土壤温湿度和生物利用度。
土壤有机质是通过维持活性微生物菌群和为DDT提供共代谢碳源而影响降解。
土壤湿度不仅影响微生物活性和污染物吸附,还通过影响氧含量来影响对DDT的降解。
土壤温度
的一种新方法。
然而,环境的改变会极大地影响微生物的修复效果,因此,简单的微
污染的根本方法,而植物修复大大避免了微生物的缺陷,具有易栽培、资源丰富和高经济效益等优点,引起了越来越广泛的关注。
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 12 期污染土壤生物修复技术的进展与工程应用现状房晓宇,卢滇楠,刘铮(清华大学化学工程系,北京 100084)摘要:人类生产和生活中对于污染物的不当处理会导致土壤污染,威胁生态安全、粮食安全和可持续发展。
土壤生物修复利用微生物来降解土壤中的有机污染物、转化重金属污染物价态或者降低其生物可利用度而降低其危害。
伴随现代生物技术的发展,土壤生物修复技术被日益广泛地应用于污染耕地和污染工业场地的修复。
本文从污染物质的转化与利用角度,概述了土壤污染物的主要类型及其所适用的生物修复技术及其进展。
重点综述了生物修复菌株的筛选、土壤微生态分析、生物修复过程强化三方面的最新进展,介绍了生物修复技术在加油站、废弃化工厂的生物修复及秸秆还田中的工程实施案例,分析了土壤生物修复技术应用中存在的问题,如土壤修复效果评估和降解菌剂性能强化等,讨论了土壤生物修复技术的研究方向和应用前景。
关键词:污染土壤;土壤生物修复;废弃秸秆中图分类号:TQ033 文献标志码:A 文章编号:1000-6613(2023)12-6498-09Recent advancements and applications of soil bioremediation techniquesFANG Xiaoyu ,LU Diannan ,LIU Zheng(Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: Soil contamination is often caused by the inappropriate treatment of industrial wastes andmunicipal sewage threatening the safety of environment, food and ecology as well as the sustainability of society. Bioremediation refers to the application of microorganisms to dissociate organic compounds, detoxifying heavy metal ions or reducing their bioavailability. The advancement of biotechnology has empowered technical innovation of bioremediation methods and their applications in the treatment ofcontaminated farmland and wasted plant site. This review starts with a brief introduction to bioremediationtechniques and their applications to three major types of soil contaminants. The applicability of these methods was discussed from the viewpoint of contaminates transformation and utilization. The technical advancement in the selection and screening of degradation microorganisms, molecular biology methods for assessing microbiological ecology as well as novel bioaugmentation principles were detailed. The applications of bioremediation techniques in the treatment of gas stations, abandoned plants and straw mulching were described. The problems in the development of soil bioremediation techniques such as the assessment of soil remediation outcome, formation of high performance degrading microbial consortia wereoutlined, as well as the prospects of soil remediation techniques.Keywords: contaminated soil; soil bioremediation; straw综述与专论DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0046收稿日期:2023-01-10;修改稿日期:2023-02-20。
微生物降解剂在环境修复中的应用环境污染已经成为当今全球所面临的最大的问题之一,不仅会危害人类生命与健康,也会破坏生态系统的平衡,直接影响到生物多样性的保护。
在这个复杂的环境修复挑战中,微生物降解剂作为生物修复技术的重要组成部分,已经被广泛运用和研究。
微生物降解剂是指具备特殊代谢能力的微生物,可以在自然环境或工业环境中利用或降解特定化学物质。
它们具备很好的应激适应能力和生物多样性,可以对各种环境因素做出反应,能够以有效的方式促进化学物质的降解和生物的排放。
同时,微生物降解剂也是一种独特的环境友好型物质,无需使用化学品,降低环境污染。
以下将从三个方面探讨微生物降解剂在环境修复中的应用,分别是:农业环境的修复、工业环境的修复和海洋环境的修复。
农业环境的修复农业环境污染包括土壤污染和水体污染,主要是因为农民在生产和管理过程中使用了化学肥料和农药。
这些化学物质有些容易在土壤中累积,或者进入到水体或空气中,对生态环境构成潜在的威胁。
然而,微生物降解剂可以降解这些化学物质,减少土壤和水体污染,使土壤和水体重获健康。
例如,在土壤污染修复方面,微生物降解剂可以分解土壤中的有机污染物质,比如石油中的烷烃和芳香族化合物,使其被分解为二氧化碳和水。
同时还可以减缓污染物向地下水和地表水的迁移速度,降低水体中的化学物质浓度。
在水体污染修复方面,微生物降解剂可以加速水中污染物分解和转化,还可以清除水中的营养盐,使水体重获清澈。
工业环境的修复工业活动是环境污染的主要原因之一,据统计,工业污染所产生的废水、废气和废渣占由工业污染造成的全部环境污染的比重高达80%以上。
这些废物中含有很多危险有毒物质,如果不及时处理,将会严重影响环境和人们的生命和健康。
因此,在工业环境修复中,微生物降解剂是非常重要的一种技术手段。
其利用微生物培养和剂量控制技术,针对不同种类和性质的污染物进行分解和转化。
例如,在化学工业中,苯酚和氰化物的污染是非常难以处理的,但是利用能够降解这些污染成分的微生物,可以在一定程度上加速化学成分的降解,降低污染物对周围环境的危害。
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。
微生物对土地退化与沙漠化的修复与防控研究近年来,随着人类的不断发展和资源的过度开发,土地退化和沙漠化问题日益严重。
而微生物作为自然界中一种重要的生物体,对于土地修复与防控发挥着重要的作用。
本文将对微生物在土地退化与沙漠化方面的修复和防控研究进行探讨,并提出适当的措施和方法。
一、微生物在土地退化修复中的作用土地退化是指土壤中的肥力和水分状况等指标出现持续的恶性变化,导致土地质量下降并丧失原有的功能。
而微生物作为土壤生态系统中重要的组成部分,具有多种功能,能够在土地退化修复中发挥重要作用。
首先,微生物具有生物修复作用。
微生物通过降解有机物、转化营养元素等途径,帮助修复退化土壤,恢复土地肥力。
例如,某些微生物能够利用土壤中的有机物,经过代谢作用分解产生有机酸,提高土壤的酸度,从而改善土壤质地和结构。
其次,微生物可以增强土壤固结性。
在土地退化过程中,土壤结构会遭受破坏,导致土壤松散和易腐化。
而微生物通过产生胞外多糖等物质,能够黏结土壤颗粒,增加土壤的粘性和固结性,改善土壤结构,使之复原。
另外,微生物还可以促进土壤持水能力的提高。
退化土壤中的水分持有能力较差,导致土地干燥、植被凋落等问题。
而某些微生物具有生产胞外多糖和蛋白质的能力,能够形成胶体状的团聚体,提高土壤的持水能力,保持土壤湿润,利于植物生长和恢复。
二、微生物在沙漠化防控中的应用沙漠化是指由于人类活动和气候变化等原因,导致沙漠扩张并侵蚀周边的土地,使其生产力和生态功能丧失。
微生物在沙漠化防控中的应用也是一个研究热点。
首先,微生物可以通过固沙防风来减缓沙漠化的速度。
沙地上的植被往往较为稀疏,土壤易被风力吹散,加速沙漠化的发展。
而微生物能够通过根系结构的形成和胞外物质的分泌来固定沙丘,减缓沙尘暴的发生,从而达到沙漠化防控的目的。
其次,微生物还可以改良沙漠土壤质地和结构。
沙漠土壤的颗粒细小,容重低,肥力差,导致植物难以生长。
而微生物通过产生粘聚剂和有机物质,可以增加土壤结构稳定性和保水性,在不断积累的过程中改善土壤质地,为沙漠植物的生长提供良好的环境条件。
土壤污染微生物修复原理及技术进展摘要:近年来随着我国工农业的快速发展,土壤污染问题也越来越突出,关于污染土壤的修复治理也成为越来越受到学者的研究热点。
文章介绍了有机污染土壤和重金属污染土壤的微生物修复原理及相关技术和应用,分析了现阶段存在的问题并提出展望。
关键词:土壤污染;微生物修复;重金属;有机污染1.引言土壤是人类生存与发展的最基本环境要素,与人类生产生活密切相关。
近四十年来,随着我国工农业的迅速发展,工业、农业生产以及生活垃圾中各种污染物直接或间接进入土壤,超过土壤的自净能力,造成土壤污染[1]。
土壤污染会直接污染地下水和影响植物生长进而导致环境和农副产品问题越来越严重,危害人类身体健康。
为保障人类获得充足且安全的食品和生活环境,高效经济环境友好型的土壤污染修复技术已成为当今农业、生态和环境科学领域研究的热点[2]。
微生物修复技术因具有环保、高效以及对环境影响较小等优势而被广泛应用且具有广阔的前景[3]。
本文对我国主要土壤污染类型的微生物修复原理和技术进展进行综述,为以后更深入的应用提供参考。
2.污染土壤微生物修复原理2.1有机污染土壤的微生物修复土壤有机污染物具有庞大的衍生体系,在土壤中长期滞留而不被分解,且具有潜在的致癌性和致畸性,按有机物种类主要划分为多环芳烃(PAHs)和多氯联苯(PCBs)两类有机污染物。
土壤中大部分的有机污染物可以被微生物降解、转化,从而达到修复的目的。
常见的降解有机污染物的微生物细菌主要有假单胞菌、芽胞杆菌、黄杆菌、产碱菌、不动杆菌等;真菌主要有曲霉菌、青霉菌、根霉菌、木霉菌等;放线菌主要有诺卡氏菌、链霉菌等[4]。
土壤中大部分有机污染物通过微生物分解的胞外酶或通过被微生物吸收至细胞内由胞内酶降解。
有机污染物被微生物降解转化途径主要有氧化作用、还原作用、水解作用和基团转移作用等。
2.2重金属污染土壤的微生物修复土壤中的重金属污染物有一定的毒性和致癌性,直接或间接威胁人类身体健康。
引言概述:土壤污染是当前全球面临的一项重大环境问题,由于人类活动以及工业化进程的加速推进,土壤中的污染物质不断增加,对生态系统和人类健康产生了严重影响。
传统的土壤修复方法主要依赖于物理化学处理,以去除或稀释污染物质。
这些方法存在成本高、效率低等问题。
近年来,发展起来的一种新兴技术——土壤微生物修复技术,开始受到广泛关注。
本文将重点探讨土壤污染的微生物修复技术,探讨其原理、应用和前景。
正文内容:1.微生物修复技术的基本原理1.1微生物降解机制1.2微生物促进污染物转化的作用1.3微生物修复技术的优势2.微生物修复技术的应用范围2.1石油污染土壤的修复2.1.1原位微生物增殖技术2.1.2微生物代谢产物的应用2.2有机污染物修复2.2.1微生物吸附技术2.2.2微生物降解技术2.3重金属污染土壤的修复2.3.1微生物吸附技术2.3.2微生物沉淀技术3.微生物修复技术的关键因素3.1适宜的微生物菌株选择3.2适宜的环境条件3.3适宜的修复流程和操作方式4.微生物修复技术的挑战与进展4.1微生物菌株选择与改良4.2修复效率与速度的提升4.3创新修复技术的研究5.微生物修复技术的前景与应用前景5.1可持续发展与环境友好5.2经济效益与社会效益5.3与其他修复技术的结合应用总结:土壤污染的微生物修复技术作为一种新兴的治理方法,具有许多优势和应用前景。
通过降解和转化污染物质,微生物修复技术可以有效地恢复土壤的生态系统功能,并减轻对人类健康产生的影响。
微生物修复技术仍面临一些挑战,例如微生物菌株选择与改良、修复效率与速度提升等。
未来,通过不断的研究和创新,微生物修复技术有望在土壤污染治理领域发挥更大的作用,为实现可持续发展和环境友好目标做出贡献。
微生物在生物降解与污染修复中的应用随着工业化和城市化进程的加快,环境污染问题日益突出。
而生物降解与污染修复作为一种环保技术手段,近年来受到越来越多的关注。
在这个过程中,微生物的应用发挥着至关重要的作用。
本文将重点探讨微生物在生物降解与污染修复中的应用,并且介绍一些相关的案例。
一、微生物在有机物降解中的应用1. 油污染修复油污染是环境污染中的一个严重问题,但微生物可以通过降解油污染物来解决这一问题。
例如,一种叫做假单胞菌的细菌能够分解石油中的烷烃和多环芳烃,从而降低油污染对环境的影响。
2. 农药降解农药的使用在保证农产品产量的同时也对环境产生了一定的负面影响。
然而,微生物可以通过降解农药残留来减少对环境和生态系统的损害。
一些高效的微生物菌株,如土壤中的细菌和真菌,可以降解多种农药,例如除草剂和杀虫剂等。
二、微生物在无机物降解中的应用1. 重金属污染修复重金属污染对环境和人体健康都会造成严重威胁。
而一些微生物可以通过吸附、蓄积和还原等方式来修复重金属污染。
其中,铅污染修复是一个较为典型的例子。
某些微生物能够在低氧条件下,将水溶性的铅转化为难溶性的沉淀物,从而降低铅污染对环境的影响。
2. 地下水污染修复地下水是人类重要的水资源之一,然而它经常受到污染的影响。
微生物通过氧化还原反应、吸附和降解等方式可以修复地下水污染。
例如,硝酸盐是地下水中常见的污染物之一,而一些细菌能够将硝酸盐还原成氮气,从而实现了对地下水中硝酸盐的修复。
三、微生物在生物降解与污染修复中的进展近年来,随着分子生物学和生物技术的发展,微生物在生物降解与污染修复中的应用取得了一系列的进展。
一方面,通过对微生物种群的研究,科学家们发现了更多的具有降解污染物潜力的微生物菌株,从而提高了生物降解的效率。
另一方面,利用基因工程技术,科学家们还培育出了一些具有更强降解能力的转基因微生物,进一步推动了微生物在污染修复中的应用。
综上所述,微生物在生物降解与污染修复中的应用具有重要的意义。
微生物在环境修复中的作用和应用环境修复是指对受到污染或破坏的环境进行恢复和修复的过程。
微生物在环境修复中起着至关重要的作用。
本文将探讨微生物在环境修复中的作用和应用,并分析其优势和挑战。
一、微生物在土壤修复中的作用和应用1. 有机物降解:微生物可以分解有机物质,将其转化成无机物质,从而加速污染物的降解过程。
例如,石油污染环境中的微生物能够分解石油,转化为二氧化碳和水,减少对环境的影响。
2. 污染物转化:微生物可以将一些有害物质转化成无毒或低毒的物质,减少对环境的危害。
例如,重金属离子可以通过微生物的还原作用转化为无毒的金属沉淀物,从而将其稳定固定在土壤中。
3. 生态系统恢复:微生物可以促进土壤的生物结构恢复,增加土壤的肥力和保水能力。
微生物通过分解有机物质,释放出养分,供给植物的生长。
同时,微生物的活动还能加强土壤结构,改善土壤通气性和水分渗透性。
二、微生物在水体修复中的作用和应用1. 水体富营养化控制:微生物可以降解水体中的营养物质,如氮、磷等,减少水体中的富营养化现象。
通过使用合适的微生物种群,可以有效降低水中藻类的生长速率,维持水体的生态平衡。
2. 有机物降解:微生物对水体中的有机物质具有很强的降解能力。
通过增加适宜的微生物数量,可以促进有机物的降解,减少水体中的有机污染。
3. 水质净化:微生物可以吸附和降解有机和无机污染物,净化水质。
例如,微生物可以将水中的重金属污染物吸附在其表面,从而达到净化水质的效果。
三、微生物在空气修复中的作用和应用1. 挥发性有机物(VOCs)降解:微生物可以分解和降解空气中的VOCs,减少空气污染。
通过使用适当的微生物菌剂,可以有效降低工业废气和汽车尾气中的VOCs浓度。
2. 空气质量监测:微生物可以作为环境中气体污染物的“生物传感器”,通过监测微生物的变化反映空气质量。
例如,某些细菌对于臭氧敏感,当空气中的臭氧浓度升高时,这些细菌的数量会减少。
四、微生物修复的优势和挑战微生物在环境修复中具有以下优势:1. 传统修复方法的补充:微生物修复是一种低成本、高效率的修复方法,可以与传统的物理和化学修复方法相结合,互补优势。
《生物修复技术在黑臭河道治理中的应用》篇一一、引言随着工业化的快速发展和城市化进程的推进,水环境污染问题日益凸显。
其中,黑臭河道的治理成为当下环境治理的重点与难点。
生物修复技术作为一种新兴的生态修复技术,以其独特的优势在黑臭河道治理中发挥着重要作用。
本文将探讨生物修复技术的原理、应用及其在黑臭河道治理中的实践效果。
二、生物修复技术概述生物修复技术是指利用生物的生命代谢活动,促进环境中有机污染物的降解和转化,从而恢复生态系统的功能。
该技术主要利用微生物、植物等生物体及其代谢产物的生物化学作用,将有害物质转化为无害物质,达到净化环境的目的。
三、生物修复技术在黑臭河道治理中的应用1. 微生物修复技术微生物修复技术是利用微生物的代谢活动来降解水体中的有机污染物,从而达到净化水质的目的。
在黑臭河道治理中,通过投加高效降解菌剂,促进河道底泥中有机物的分解,减少污染物的释放。
同时,利用生物膜反应器等技术,强化微生物对污染物的降解效果。
2. 植物修复技术植物修复技术是利用植物及其根际微生物的共同作用来净化水质。
在黑臭河道治理中,通过种植具有净化能力的植物,如水生植物、湿地植物等,利用其根系吸收和转化水中的营养物质和有害物质。
同时,植物还能提供氧气,促进微生物的活性,加速有机物的分解。
3. 组合修复技术组合修复技术是将微生物修复技术和植物修复技术相结合,利用二者的协同作用来提高修复效果。
在黑臭河道治理中,可以根据河道的具体情况,选择合适的微生物和植物进行组合修复。
例如,在河道上游种植耐污能力强的水生植物,同时投加高效降解菌剂,以实现更好的净化效果。
四、实践效果及展望生物修复技术在黑臭河道治理中的应用已经取得了显著的成果。
通过生物修复技术的实施,黑臭河道的水质得到了明显改善,水体透明度提高,藻类大量减少,臭味逐渐消失。
同时,生物修复技术还能改善河道的生态环境,提高水体的自净能力,实现水生态系统的良性循环。
然而,生物修复技术在黑臭河道治理中的应用仍面临一些挑战。
第20卷第1期极地研究Vol.20,No.1 2008年3月CH INESE JOURNAL OF P OLAR RESE ARCH M arch2008研究动态极地环境污染物的微生物降解及其生物修复研究进展曾胤新1,2 郑天凌1(1厦门大学生命科学学院应用与环境微生物研究所,厦门361005;2中国极地研究中心国家海洋局极地科学重点实验室,上海200136)提要 随着人类社会的发展及其对未知世界探索能力的提高,环境污染目前已演变成为全球性问题,即使是远离人类居住地的南北极地区也不能幸免。
任何污染在极地这样一个生态系统组成单调、环境承载能力脆弱的地方都可能带来严重后果,因此极地环境的污染治理尤为迫切。
生物修复技术作为环境治理的重要方法与手段,受到了普遍关注。
本文简要介绍了极地环境的污染现状以及近年来应用微生物开展极地环境污染物降解与生物修复的主要进展,并就研究中的一些潜在问题展开讨论。
极地环境的污染治理与生物修复,将是21世纪环境微生物学研究人员的一项重要使命。
关键词 极地 污染 微生物 降解 生物修复 随着人类活动范围的不断扩大,人类的足迹与影响已遍布于世界各地,包括远离文明世界的遥远大陆—南极。
同时,极地地区蕴藏着的丰富的自然资源,包括煤炭、石油、天然气、贵重金属以及生物资源等,也吸引了各国的广泛关注,纷纷对其开展科学考察甚至资源开发活动。
这些人类行为给极地的环境及生态系统带来了负面影响。
近几年来不断升温的极地旅游观光热潮,更是加剧了人类活动对极地脆弱的生态环境系统的影响与破坏。
2008年1月11日,一架空客A319客机从澳大利亚霍巴特到达南极洲,这是商用航班首次到达南极洲。
1 极地的环境污染及其对人类的影响伴随着旅游业、航运业、资源开采等人类活动的日益频繁,极地地区遭受人类污染的机会越来越多、受污染程度越来越大。
2007年11月23日,著名游轮“探索者”号在南极设得兰群岛海域与冰山相撞而失事沉没,船舱内的燃油外泄给南极海域造成了严重环境[收稿日期] 2008年1月收到来稿,2008年2月收到修改稿。
[基金项目] 国家自然科学基金项目(40676002)资助。
[作者简介] 曾胤新,男,1971年出生。
在职博士研究生,副研究员,研究方向为极地及海洋微生物学。
[通讯作者] 郑天凌,E2mail:wshwzh@x 。
污染。
北极地区由于紧邻人类居住地,污染情况更为严重。
环北极国家在北极地区进行的矿产资源开采与冶炼,已经对当地的植被、永久冻土等生态系统直接造成了巨大的污染与破坏。
而石油泄漏事件的频繁发生,更是带来了灾难性的后果:1989年3月Exxon 石油的Valdez 油轮在美国阿拉斯加的触礁事件,导致约1100万加仑原油泄漏并污染了1300英里的海岸线,对当地生态系统几乎是毁灭性的打击。
2006年3月,美国阿拉斯加北部又发生石油泄漏事件,约26.7万加仑原油从输油管中泄漏并污染了近2英亩的苔原地带。
原油泄漏可能是极地地区发生最频繁、效果最直接、影响范围最广的污染事件。
此外,因科学考察、旅游观光等产生的人类生活垃圾及废弃物对极地环境的污染也不容小觑。
持久性有机污染物(P OPs )在全球范围内的广泛传播与污染,也给极地环境与生态系统带来潜在影响。
P OPs 从热带和亚热带挥发,一方面通过海洋生物地球化学过程进行全球迁移,另一方面通过大气全球蒸馏、冷凝效应、沉降到高纬高寒地区。
这类有机化合物很容易在极地低温食物链中高富集[1,2]。
在遥远、孤立的南极地区,科研人员检测到了多氯联苯(PCB s )、有机氯农药(OCPs )等P OPs 的存在[3,4]。
北极由于与人类的生活联系更紧密,挪威、丹麦等环北极国家已经对该地区OCPs 、P AH s (多环芳烃)及PCB s 等污染状况开展了大量的调查与研究工作[5—7]。
人类污染物不但影响极地环境与生态系统,而且也威胁到人类自身的健康与安全。
英国《泰晤士报》2007年9月12日以“polluti on bla med for fall in A rctic baby boys ”为标题报道了北欧科学家的研究结果。
该研究显示,在俄罗斯东部、丹麦格陵兰岛等北极地区出生的女婴数量远多于男婴,而来自工业化国家的污染是造成新生儿男女比例失衡的罪魁祸首。
科学家在北极地区女性的血液中发现了一些人造化学物质,其中包括PCB s,这是一类会导致动物患上癌症并影响它们神经、生殖和免疫系统的有毒物质。
让人震惊的是,这些化学物质能够在婴儿出生之前改变胎儿的性别。
研究显示,当母亲血液中PCB s 含量达到每升2到4微克时,她们生女孩的几率会大大增多。
这些化学物质对当地因纽特人的生存造成了严重威胁,因为污染物大量残留在鲸脂里,而鲸脂是因纽特人的重要食物。
该调查还发现,在俄罗斯一些地方出生的男婴重量不足、体质差,科学家怀疑这也与污染物质有关。
保护环境与资源、走可持续发展道路,这已经在全球范围内引起了共鸣。
除了注意控制和减少污染物的排放,对污染环境的治理与生态修复始终是环境科学工作者的一项重要任务。
2 微生物在极地环境污染物降解与生物修复中的作用生物修复技术作为一种高效、经济且生态可承受的清洁技术,通过环境因素的最优化而加速自然生物降解速率从而达到降解污染物、恢复生态环境的目标,在目前的环境污染治理与生态修复中越来越受到人们的青睐[8—10]。
而微生物技术正是其核心之一。
由于微生物对环境有害离子及物质非凡的吸收与分解能力,使其成为了环境监测与修复的重要指标之一。
56第1期 曾胤新等:极地环境污染物的微生物降解及其生物修复研究进展66极地研究第20卷低温是极地地区最主要、普遍的特征之一[11]。
以往利用常温或高温微生物进行环境治理的技术并不适用于极地低温环境。
事实上,在极地生存着丰富而多样的微生物。
这些占生态优势的嗜冷、耐冷土著微生物群落,在极地自然生态环境中的物质循环与能量流动、生物地球化学过程中扮演着重要的角色,同时在极地环境的污染物降解与生态修复中发挥着重要作用。
近年来,极地低温环境下的污染净化与生态修复已引起了人们的广泛关注,关于极地区域陆地、海洋低温生态系统生物修复油污染的研究已有陆续报道。
现就应用微生物开展极地环境污染物降解及生物修复的主要研究状况作一简要介绍。
2.1 原油降解 如上所述,原油泄漏在极地可以算是发生频率最高、生态影响最直接的环境污染事件。
同时,原油组分复杂,包括各种烷烃、环烷烃、芳香烃(如甲苯、萘)等,治理起来非常麻烦。
相比脂链烃,芳香烃对土壤微生物生长的抑制作用更大,它可以抑制或停止真菌菌丝的延伸[12]。
因此,大量的极地环境污染物降解与生物修复研究都集中在治理原油污染上,其中关于海洋石油污染的内容占据了很大部分[13]。
20世纪80年代末美国利用生物修复技术成功清除了Exxon石油公司Valdez油轮在阿拉斯加海域漏油造成的大面积污染,开创了生物修复治理极地海洋环境污染的范例[14]。
极地地区原油污染的生物修复主要依靠低温微生物对石油烃的降解而实现。
无论是在极地海洋还是土壤中,均存在着大量能够降解原油的土著微生物[15—18]。
泄漏的原油刺激了这类微生物的生长并改变了原来的微生物群落结构,使得石油降解菌大量增殖成为优势菌群并加速了石油的分解,最终达到清除原油污染的目的[13]。
印度科研人员对阿根廷附近次南极水域的细菌多样性调查显示,原油污染影响到了海水中的细菌群落结构[19]:Psychro m onas、Pseudo m onas、V ibrio、Cytophaga及M aribacter只在未受原油污染的海水中被检测到,而与Psychrobacter、A rcobacter、For m osa algae、Polaribacter、U lvibacter及Te2 nacibaculum等相关的克隆只在受污染的水域被检测到。
此外,受污染海水中R oseobacter、S ulfitobacter及Glaciecola的克隆子比例下降。
挪威学者[16]也发现,原油污染的北海海水在13℃培养7d后,原油降解微生物出现了生长高峰、但随后下降,2—3周后,菌群多样性降低,同时出现了几种优势菌群。
土著微生物对极地环境的适应性强并在污染过程中已经历了一段时间的自然驯化期,因此成为极地寒冷环境中污染物降解与生物修复的首选菌种。
意大利学者M ichaud 等人[15]从南极海水中分离了2株降解柴油的耐冷菌,20℃接种培养60d,烃浓度降低了85%。
郑洲等人[20]从南极海洋细菌中筛选出2株石油烃降解菌,经分子鉴定为假交替单胞菌与科尔韦尔氏菌。
以柴油为唯一碳源进行的降解实验表明,其降解能力随着培养温度的升高而显著增强,15℃、20d内降解率分别可达43.95%和62.47%。
其他研究人员也陆续从南、北极污染海域分离到可以降解不同石油烃组分的细菌[13]。
在受石油污染的北极地区,加拿大科研人员分离到具有降解C5—C12烷烃及甲苯、萘等能力的耐冷假单胞细菌,并在其中一株细菌内发现了共存的、具有链烷催化途径基因与萘催化途径基因的两种质粒[21]。
新西兰科学家[22]从受燃油污染的南极土壤中分离得到的两株可降解甲苯的耐冷假单胞细菌中,也找到了质粒。
这些质粒为构建解决石油污染的工程菌提供了可能材料。
在南极土壤中,人们还分离到以十二烷烃为唯一碳源与能源的真菌[12]。
从极地现场分离获得的这些对环境污染物具有较强降解能力的低温微生物,可通过现代生物技术的进一步改造,为解决在极地低温条件下的环境保护问题作出贡献。
法国学者Delille [23,24]对次南极石油污染土壤的研究表明,升高温度、施加含N 、P 的亲脂性肥料,可以提高污染土壤中的石油降解菌丰度与总石油烃(TPH )降解率。
其中烷烃较P AH s 更易降解。
加拿大Mohn 研究小组[17,25]对北极冻土带石油污染土壤的生物修复实验显示,现场接种混合培养的嗜冷微生物,一年后土壤中石油烃浓度降到了初始浓度的1/20,说明在极地寒冷条件下实施石油污染土壤的生物修复是可行的。
无论是在实验室还是在原油污染现场,研究结果均表明,在极地寒冷气候条件下,添加营养物和增大低温土著石油降解微生物比例等策略,都是行之有效的生物修复方法[13,26]。
2.2 持久性有机污染物降解 P OPs 是由人类合成的、能持久存在于环境中并通过食物链(网)累积,从而对人类健康及环境造成有害影响的化学物质。
因其具有半挥发性,能在大气环境中长距离迁移,并通过所谓的“全球蒸馏效应”和“蚱蜢跳效应”沉积到地球的偏远(包括极地)地区,导致全球范围的污染传播。
目前在极地区域研究得比较多的P OPs,主要有多氯联苯及多环芳烃等。