多环芳烃降解菌分离、降解特性及在稠油微生物采油中的应用研究

【摘要】： 多环芳烃具有致癌、致畸和致突变的特性，对生物体产生遗传毒性，而且能够通过食物链在生物体内富集，对人体具有潜在危害性。同时该类化合物还具有高度的稳定性，在环境中难以降解。随着石油开采和使用量的增加，大量的石油及其加工品进入环境，原油的采集、精炼、运输、燃烧等过程中伴随产生大量的多环芳烃，不可避免地对环境造成污染，多环芳烃的积累已经越来越严重地威胁着人类的健康，已成为世界各国共同关注的有机污染物。 微生物在生物修复中具有不可忽视的作用，筛选高效功能菌株是生物修复的基础。作者以多环芳烃萘、菲、蒽、芘为筛选培养基，从石油污染土壤和油田外排水中筛选出18株多环芳烃降解菌，通过降解过程中细菌的生长现象和降解能力等复筛出4株多环芳烃高效降解茵。为确定这些菌株的分类地位，对这四株细菌进行了形态学观察、生理生化指标测定及分子生物学鉴定。16S rDNA序列分析显示，这四株细菌分别与Microbacterium、Cellulosimicrobium、Chelatococcus和Sphingopyxis四个属有较高的序列同源性，同源性分别为100％，97．8％、98．2％和99．0％。结合表型特征和16S rDNA序列分析，用DNAMAN构建系统净化树，并用Bootstraping法对其评价，初步将这四株多环芳烃降解菌分别归为属，命名为Microbacterium sp．3-28、Cellulosimicrobium sp．NF、Chelatococcus sp．EW和Sphingopyxis sp．EY。 本文系统研究了单菌株3-28、NF、EW和EY对PAHs的降解能力和环境因子pH值、盐度、温度及振荡条件对这些多环芳烃降解菌的生长活性及其对PAHs降解的影响以及其对不同浓度PAHs的降解能力。结果表明，这些多环芳烃菌株能很好地利用不同分子量的PAHs-萘、菲、蒽、芘作为其生长的碳源和能源，经过一段时间的培养，3-28可分别将培养液中的萘、菲、蒽、芘降解100％、100％、97.54％和90.20％，NF、EW、EY可分别将培养液中的萘、菲、蒽、芘降解100％、100％、96.22％和87.00％，100％、100％、88.08％和69.20％以及100％、100％、94.34％和84.20％：单菌株作用于萘、菲、蒽、芘混合液中物质，3-28对混合液中萘、菲、蒽、芘的降解率分别是100.0％、100.0％、94.38％和86.40％，NF、EW、EY对混合液中萘、菲、的降解率分别是100.0％、100.0％、91.52％和77.40％，100.0％、100.0％、79.02％和61.20％，以及100.0％、100.0％、84.74％和72.60％。相同的培养时间多底物培养液中的菌群浓度高于单底物系。这些多环芳烃降解菌生长的最适pH值为7.0-8.0，在pH6.0-9.0的范围内可以良好的生长，培养液中pH值低于6.0和超过9.0都会抑制微生物的生长；在盐度为10-30的培养液中可以良好地生长，在盐度为40-50的培养液中生长明显受到抑制。浓度较低的PAHs培养中，降解菌生长快，培养液中的PAHs能在短时间内被迅速降解，碳源很快消耗，微生物的生长水平不高(D_(600nm)=0.60左右)；浓度为250-500mg／L的萘、菲和200～400mg／L蒽、芘是细菌降解的最适浓度，萘、菲浓度为1000mg／L和蒽、芘800mg／L以上会抑制微生物的生长，生物降解需要更长的时间。这4株细菌在静置缺氧条件下对PAHs仍具有较高的降解性能。 为了进一步研究多环芳烃降解菌的降解途径，作者对降解过程中产生的酶和代谢产物进行了分析。研究表明，在多环芳烃降解过程中能够检测到脱氢酶和多酚氧化酶，这2种酶体系在多环芳烃降解过程中具有一定的作用，但对于多环芳烃的降解而言，不是主要的酶体系。双加氧酶在多环芳烃的开环过程中起主要作用，也就是说，本研究中菲、蒽、芘的代谢都是双加氧酶体系作用的结果，代谢产物中均检测到二羟基-PAHs的产生。 微生物采油技术(MEOR)的主要机理之一就是利用微生物降解原油中的胶质、沥青质等重质组分，降低原油粘度和凝固点，以达到改善原油物化性质的目的。从多环芳烃降解菌中选育出一株能有效降解稠油中重质组分的菌种3-28。使用该菌株对渤海和新疆等油田的稠油进行微生物降解实验，分析了细菌降解对原油粘度等物理特征的改变以及饱和烃、芳烃以及胶质、沥青质各组分在原油中相对含量和内部组成的影响。结果表明，细菌作用引起原油性质发生明显变化，粘度降低20％以上，凝固点降低近10℃，原油中沥青质含量降低30％以上，其组成也发生了一定的变化，原油饱和烃轻重组分比值变大，大大改善了原油的物化性质。

【关键词】：多环芳烃 降解菌 降解特性 稠油 MEOR 原油特征
【学位授予单位】：四川大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TE357.9
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