不同石油降解菌降解特性及修复技术研究现状

单 荣，黄玲巍，李志文，曹 迪

（黑龙江省八一农垦大学生命科学与技术学院，黑龙江省寒地环境微生物与农业废弃物回收重点实验室，黑龙江大庆 163319）

石油是通过地质变化在地下提取的高黏度黑色易燃液体矿物，这是一种成分和相态极其复杂的混合物，主要含有饱和烃、芳香烃和多种微量元素。石油是一种重要的能源物质，在开采、冶炼、储存和运输过程中，石油的泄漏事故带来了严重的环境污染问题，特别是土壤污染和水污染。石油在空气中会引起挥发性的污染，直接影响人体的呼吸系统，同时，还会影响肝脏、肾脏和心血管系统的正常功能，严重的还会导致癌变。石油污染的危害日益凸现，世界各国科研工作者尤为重视，成为国际环境修复的重要目标。

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着能够降解利用有机物的微生物菌群，它们具有分解石油中环烷烃、芳香烃等有机物的能力[1]。研究表明，未受到石油污染的环境情况下，仅有1%的菌群可以降解石油中的烃类化合物，但被石油污染的环境中，这一比例提升到了10%。

据统计，目前有100多个属、200多个种具有降解石油的菌株，通过不同的石油降解菌比较分析，得到在不同含油量的条件下石油降解菌的降油率的数值。在海洋环境下，石油含量为30 g/L的假替单胞菌的降油率为75.71%。在陆地环境下，降油率最高（95.02%）的盐田菌属，其石油含量为1 g/L。

2 不同因素对石油降解菌的影响

不同影响因素对石油降解率有着极大的影响，其中影响石油降解菌最大的2个因素是温度和盐浓度。温度影响菌株中的酶活性，也改变石油的黏性和结构，从而间接地影响整个降解过程。盐浓度直接影响菌株的生长，导致降解率的改变。

2.1 温度

在我国一些高纬度盛产石油的地区，其具有季节变换快、冬季较漫长等特点，导致了石油的黏度升高，石油烃的溶解度降低，同时影响着微生物体内糖类、蛋白质、核酸等活性，进而影响微生物的生长、代谢和繁殖。温度的降低或升高都会影响菌株细胞膜的流动性及相结构，也会影响支链脂肪酸、环状脂肪酸的比例及合成冷激蛋白的含量等，从而影响菌株的生长率。有研究表明，在4℃条件下降解烷烃，甚至在更低的温度条件下降解多环芳烃。低温菌的重大发展和突破，更有助于治理高纬度石油污染地区。

2.2 盐浓度

盐浓度是微生物生存另一个重要因素。高盐对微生物具有毒害作用，高盐环境导致菌株内部的渗透压受到影响，进一步影响酶的活性，从而破坏微生物的细胞膜和微生物的生理活动。嗜盐石油降解菌的筛选和训化对治理我国高盐碱石油产区（例如：大庆油田、吉林油田、胜利油田）具有重要作用。据报道，已有70个属150多种为嗜盐菌。嗜盐微生物属于极端微生物范畴，分布广泛。

盐浓度过高也会导致石油降解菌脱水死亡、中毒死亡和物质吸收过程受干扰死亡。其原因是菌株内部渗透压不平衡，导致K+浓度升高，浓度梯度发生变化，能量补充不足导致死亡[2]。

3 修复方法

石油污染的修复技术可分为化学、物理、植物和微生物修复技术。由于微生物修复拥有无二次污染、经济节约和高效等优点，成为最具优势的修复方法。传统的方法是利用发掘原著菌株或外源菌种直接对污染的环境进行降解，或利用多株高效的降解菌正交法组合。石油降解菌具有存活时间较短、存活条件苛刻、修复效果不稳定等不利因素。使新兴技术开始崛起，如固定化微生物技术、植物-微生物联合修复技术及分子修复等。

3.1 植物-微生物联合修复

植物修复是一种环境友好的绿色修复技术，具有无需异位修复和不用挖掘污染土壤进行回填等优点。大多数选用荞菜、玉米和蓖麻等植物。石油降解菌群是一种多菌共存且复杂的生物群体，有降解能力的内生菌、共生菌和益生菌提供氧气及养料。有研究表明，植物-微生物联合修复增加了土壤中多酚氧化酶、脱氢酶的活性，减少了过氧化氢酶活性。其中，微生物分解和代谢石油有机物经协同作用可激活具有净化功能的降解菌，进而形成稳定且复杂的石油降解生态系统，更有利于营造出一个良好的营养及生长的根际环境[3]。

3.2 固定化微生物技术

固定化微生物技术是利用化学法或物理法，将游离状态的菌株或者酶固定在有限的区域内。固定化技术主要包括包埋法、交联法和吸附法。利用聚乙烯醇（PVA）和海藻酸钠作为载体对石油降解菌群进行固定化，与游离石油降解菌体相比，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优势在于能够提高微生物细胞及质粒的稳定性，对极端环境及毒性更具有适应的能力，且能在土壤中保留较长时间。

4 结语

石油作为国家工业的血脉，对于石油的依赖度与日俱增，石油对环境的污染不断提升，此污染再降解的难题成为世界焦点。由于微生物生长缓慢、修复周期长、易受环境影响等劣势，废物资源化的亟待难以解决。当前的研究有4个方面需深入探索：①筛选出石油降解菌，再利用纯化的菌株进行混菌，进一步提高降解率；②利用植物-微生物联合修复方法，在大田实际中的广泛应用；③微生物降解机制的深入研究，其酶的催化作用和降解过程中生物协同的作用等机理；④利用与基因工程、酶工程、基因组学和蛋白质组学等交叉学科的技术，改变微生物内部的基因和蛋白质结构、提高石油的降解率，是生物研究的新方向。