BTEX嗜盐降解细菌的多样性及降解特性的初步研究

论文摘要

石油烃污染对人类健康和生态环境具有很大危害,石油烃污染又常伴随着高盐环境。BTEX作为石油烃中一类重要组分,其生物降解已经有很多研究,但有关高盐环境下BTEX的生物降解少有报道。因此,开发能在高盐环境下高效降解BTEX的微生物资源,研究其降解特性对于治理高盐环境中的石油污染具有重要意义。本文以胜利油田不同含盐油污土壤为样品,在5%和10%两个盐度压力下,以直接富集和驯化两种方式获得了一系列具有降解BTEX能力的嗜盐菌群。利用PCR-DGGE技术解析了这些嗜盐降解菌群的群落结构、多样性及系统发育关系。研究结果表明,从不断受到污染的土壤中获得的菌群比长期污染土壤中获得的微生物菌群多样性高。通过直接富集获得的菌群多样性要高于以驯化方式获得的菌群。当土壤总含油率为1.58%-10.85%时,含油率的变化以及富集时采用的不同盐度压力对获得菌群多样性的影响不大。16Sr RNA序列分析的结果表明:所获得的嗜盐降解菌群中,优势菌主要为海杆菌属、盐单胞菌属、食碱菌属、芽孢杆菌属等具有嗜盐或耐盐特征的微生物类群,这些优势菌的存在对菌群的降解能力有重要影响。本研究从嗜盐菌群中分离出了具有嗜盐或耐盐性的BTEX降解菌,经鉴定为芽孢杆菌。本文还系统地研究了嗜盐菌群的降解特性及各种环境因素对降解能力的影响。结果发现菌群的降解能力与其群落丰富性呈正相关,群落结构越复杂的菌群其降解效果越好。通过长期驯化获得的菌群更适应较低盐度的环境（≤5%）,而直接富集方式获得的菌群在盐度≥5%时适应能力更强。另一方面,5%盐度下获得的菌群对盐度适应范围更宽。各降解菌群的降解能力依次为5%盐度富集菌群>5%盐度驯化菌群>10%盐度富集菌群>10%盐度驯化菌群。添加微量酵母粉可以显著提高菌群的降解速率;菌群的最适降解pH=7.5,最适降解温度30℃,但在45℃下仍可以高效降解苯。本文进一步研究了在5%盐度下直接富集获得的嗜盐菌群对不同底物的利用情况,发现菌群可以在96小时内,将浓度范围在20mg/L-400mg/L的苯或甲苯降解完全。高浓度的底物未对菌群产生毒害作用。菌群对于20mg/L-400mg/L浓度范围的苯和甲苯的混合底物以及BTEX混合底物都有很高的降解效率,112小时内可以将底物降解完全。本研究还发现以BTEX为底物富集得到的嗜盐降解菌群可以降解PAH。添加微量酵母粉可以显著提高菌群对菲的降解效果。驯化方式得到的菌群比富集方式得到的菌群具有更好的降解能力。在11天内,富集菌群可以降解47.96%的菲,驯化菌群可以将菲降解完全。菌群的降解效果显著高于相同试验条件下的纯菌。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 高盐环境下的石油污染
• 1.1.2 BTEX 的特点与危害
• 1.1.3 本课题的研究意义
• 1.2 嗜盐细菌的研究状况
• 1.2.1 嗜盐细菌的概念和分类
• 1.2.2 嗜盐细菌的研究趋势
• 1.2.3 嗜盐微生物在有机污染物降解方面的研究综述
• 1.2.3.1 嗜盐微生物对工业废水中COD 的去除
• 1.2.3.2 嗜盐微生物对芳香烃衍生物的去除
• 1.2.3.3 嗜盐微生物对石油烃污染物的去除
• 1.3 本研究的内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 不同盐度下降解细菌群的富集及其群落结构解析
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验材料和仪器
• 2.1.2 高盐石油污染土壤样品的采集和理化分析方法
• 2.1.3 高效降解菌群的富集方法
• 2.1.4 富集菌群群落结构的PCR－DGGE 分析方法
• 2.1.5 PCR-DGGE 图谱的解析和群落结构的分析
• 2.1.6 嗜盐降解细菌的获得和降解能力的初步测定
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 土壤样品的理化性质分析
• 2.2.2 PCR-DGGE 条件的优化
• 2.2.3 降解菌群的获得和种属鉴定
• 2.2.3.1 富集降解菌群的群落结构和组成分析
• 2.2.3.2 驯化降解菌群的群落结构和组成分析
• 2.2.4 不同富集方式对于降解菌群结构的影响
• 2.2.5 盐度压力对于降解菌群结构的影响
• 2.2.6 嗜盐降解细菌的获得和种属鉴定
• 2.3 本章小结
• 第3章 盐环境下降解细菌群的降解特性研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料和仪器
• 3.1.2 菌种活化和菌液制备
• 3.1.3 摇瓶降解试验设计
• 3.1.3.1 菌群降解能力初筛
• 3.1.3.2 盐度压力对菌群降解效果的影响
• 3.1.3.3 营养元素的添加对降解效果的影响
• 3.1.3.4 pH 值变化对降解效果的影响
• 3.1.3.5 温度变化对降解效果的影响
• 3.1.4 气相色谱分析方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同方式下获得的菌群降解能力的初步测定
• 3.2.2 盐度压力对菌群降解效果的影响
• 3.2.2.1 不同菌群在盐度负荷下的降解效果
• 3.2.2.2 同一盐度下不同菌群的降解能力比较
• 3.2.3 营养元素添加对降解菌群降解效果的影响
• 3.2.4 pH 值对降解菌群降解效果的影响
• 3.2.5 温度变化对降解菌群降解效果的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 降解细菌群对不同污染物的降解效果
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料和仪器
• 4.1.2 摇瓶降解试验设计
• 4.1.2.1 菌种活化和菌液制备
• 4.1.2.2 单一底物降解试验设计
• 4.1.2.3 混合底物降解试验设计
• 4.1.2.4 菌群对多环芳烃的降解试验设计
• 4.1.3 污染物浓度测定方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 降解菌群对BTEX 的降解效果
• 4.2.1.1 单一底物下菌群的降解效果
• 4.2.1.2 混合底物下菌群的降解效果
• 4.2.2 降解菌群对PAH 降解效果的初步研究
• 4.2.2.1 微量元素的添加对降解效果的影响
• 4.2.2.2 不同方式获得的菌群对菲的降解效果
• 4.2.2.3 混合菌群和单菌株对菲的降解效果比较
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 附录A PCR-DGGE条带及细菌16S rRNA测序结果
• 附录B 部分菌群和纯菌株的系统发育树
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果