多环芳烃降解菌的选育及其在溢油污染海岸线生物修复中的应用

摘要

多环芳烃(PAHs)是一类典型的持久性有机物污染物，主要来源于固体和液体化石燃料的不完全燃烧或工业活动的排放。PAHs具有致癌、致畸、致突变的“三致”作用。由于其独特的物理化学性质而极易在环境中被累积并可通过食物链传递，这对人类健康和生态环境具有很大危害性。如何高效、经济的去除PAHs污染，是目前研究的热点。生物修复技术，具有去除效率高、操作简便、无二次污染等特点，是处理大面积PAHs污染的最有潜力的技术之一。本文选择环渤海天津海岸线这一PAHs高生态风险区，综合采用现场调查、实验室处理和现场模拟修复的综合研究方法，从调查环渤海天津海岸线多环芳烃污染水平及其相关理化和生物参数入手，在分离筛选高效的多环芳烃降解菌的基础上，通过现场修复实验，考察其对溢油污染中PAHs的降解作用及其机制，以期为生物修复技术在多环芳烃污染现场的大规模应用提供理论和应用基础。取得的主要研究成果如下：
　　 ⑴对环渤海天津海岸线进行了春、夏、秋三季的现场调查，获得了该岸线主要的物理、化学和生物参数。结果显示：该区域主要河口和港口区为PAHs的重污染区域，PAHs的浓度在124.5～4337.8ng/g之间。温度在8.4～33.5℃之间，pH在7.78～8.92之间，溶氧含量在2.19～13.81 mg/L之间，氧化还原电位大多在-150～-50 mv之间，总氮含量在6.50～96.32μmol/L之间，总磷含量在1.23～9.74μmol/L之间，总有机碳在0.55％～4.67％之间。各功能菌中异养菌、石油烃降解菌、烷烃降解菌数量都较为丰富，而多环芳烃降解菌则相对缺乏，表明多环芳烃降解菌可能是限制PAHs降解的主要因素之一。
　　 ⑵以PAHs高污染区域----天津港六号码头潮间带沉积物为菌源地，以PAHs化合物菲为唯一碳源，筛选到两株PAHs降解菌，分别命名为DHD和DHX。经16S rDNA同源性鉴定结果表明，这两株菌分别为门多萨假单胞菌（Pseudomonasmendocina）和皮氏罗尔斯顿菌(Ralstonia pickettii)；进而考察了两株菌对不同种类PAHs降解性能以及pH、温度、摇床转速（通氧量）、氮源和外加碳源等环境因子对菌株生长的影响。结果表明两株菌都对萘、菲、蒽、芘等PAHs均有良好的降解能力，两株菌适宜生长的pH环境为微碱性，适宜生长的温度为30℃，适宜生长的摇床转速为200rpm，适宜生长的氮源为硝酸钠，添加葡萄糖作为外加碳源，均可显著促进菌株生长。结合岸线调查的温度和pH结果，这两株菌可以在现场环境良好生长。
　　 ⑶将筛选到的两株PAHs降解菌复配到混合石油烃降解菌BXHH中，构建新的混合石油烃降解菌SZHH，并应用于天津市塘沽区天津港六号码头的潮间带不同浓度溢油污染的现场生物修复中。通过监测生物修复现场的理化和微生物参数包括温度、溶解氧、pH、营养盐、PAHs降解菌、微生物群落的动态变化以及PAHs污染物的降解过程，以考察所筛选的PAHs降解菌的作用过程和作用机制。结果表明，与未添加菌剂的对照处理相比，溢油污染现场多添加的多环芳烃降解菌DHD和DHX能够在现场条件下存活并形成生长优势，大大提高污染现场PAHs降解菌的丰度，从而显著提高了原油中PAHs化合物的降解率。到60天时，在1.2g原油/Kg基质条件下，PAHs降解率提高最多为30.02％;在6.0g原油/Kg基质下条件，PAHs降解率提高最多为31.06％。这表明本研究所获得的多环芳烃降解菌剂更适用于高浓度的多环芳烃污染的生物修复。而修复期间主要环境因子如温度、pH等基本处于微生物生长的适宜范围内，不是限制生物修复效果的主要因素。