（海洋生物学专业论文）南极海洋石油烃低温降解菌的筛选、鉴定及其低温降解特性研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明；所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的作品或成栗。对本文的研究徽趱重要贾献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：动芳词 学位论文使用授权说明 本人完全了解国家海洋局第一海洋研究所关于收集、保存、使用学位论 文的惩定，朗： 按照本所要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 研究所有权保存学位论文静印刷本窬电子版，并提供鏊录检索与阅览服 务： 研究所可以采用影印、缩印、数字纯或其它复制手段保存论文； 研究所同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学 位论文全文数据痒，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密论文在辩密磊遵守既规定) 摘簧 摘要 南极海洋石油烃低温降解菌的筛选、鉴定 及其低温降解特性研究 南极具有独特的地理及气候特征，其主要特点是变化极大的光照辐射、季节 性的光照时间。南极海洋系统内常年低温( 通常在一1 84 c - 2 0 ) ，高盐( 海水 中的盐度一般戈3 4 0 - 3 5 o ，海冰中的盐囊和盐通道的盐度可达到1 5 0 o ) ，在这 样一个低温、强辐射和高盐度的自然环境里，海洋微生物必然具备了相应独特的 生理生化和分子机制，殴此，南极微生物不仅是研究在低温条件下生物适应性的 极好材料，而且也是获得低温生物活性物质( 低温酶、p u f a ) 和其他低温生物 工程蔼的最佳来源。隧整海上油田的开采和海洋运输的曰益频繁，海洋的石油烃 污染越来越严重，以致被认为人类最后一块净土的南极大陆也未能幸免。近年来， 南极考察、探矿和观光旅游的兴起；特别是大型、油轮的沉没，导致大量石油烃泄 漏，严重威胁了南极生态系统的安全，已经引起世界各国的广泛重视，在南极这 样一个非常脆弱的生态系统，任何小麴生态环境污染，都会导致严重的生态系统 破坏。生物修复是消除海洋石油烃污染的重要途径，本文从南极海水海冰样品中 筛选能低温降解石油烃的低温菌，以期为海洋石漓烃污染的低温生物修复技术应 用奠定基础。 本文采用m m c 无机盐液体培养和m m c 琼脂平板培养结合的方法，从南极 海水海冰样品的细菌筛选能够高效低温降解石油烃的细菌，对筛选到的4 株南极 低温降解菌进行平板生长和降解率试验；采用1 6 sr r n a 分子鉴定方法对4 株南 极低温降解菌进行鉴定，构建系统发育树；通过生物摇床进行单因素试验确定南 极低温降解菌n j 4 9 的最适营养和生长条件；通过萘低温降解、柴油低涵降解 g c m s 图谱、脱氢酶试验、产生物表面活性剂试验、脂肪酸变化试验，对南极 低温降解菌n j 4 9 的降解特性和低温适应性进行研究。主要获得以下结果： 1 从南极海水海冰样品中筛选到了4 株南极低温降解菌，即n j 4 1 、n j 4 4 、 南极海洋石油烃低温降解菌的筛选、鉴定及其低温降解特性研究 n j 4 9 、n j 2 8 9 。平板可见计数试验表明，培养2 0 d 后n 辩l 、n j 4 4 、n j 4 9 和n j 2 8 9 均生长良好，南极低温降解菌n j 4 9 菌液细胞可以接近1 0 6 c f u m l 。对4 株南极 低温降解菌在1 5 c 时降解试验表明，不露菌株对柴油的降解能力不同，其中南 极低温降解菌n j 4 9 降解率为最高，可达6 8 。 2 对4 株南极低温降解菌的形态特征观察结果表明，南极低温降解麓n j 4 1 是球形，其直径为1 o 1 2 1 a m ，其余3 株降解菌为杆状，长度范围在0 7 2 8 b t m 之间。4 株南极低温降解菌都不形成芽孢，都具有鞭毛可以运动。1 6 sr r n a 分 子鉴定结果表明：南极低温降解菌n j 4 1 属于动球菌属( p l a n o c o c c u s ) ；南极低 温降解菌n j 4 9 属于希瓦氏菌属( s h e w a n e l l a ) ；南极低温降解菌n j 2 8 9 是假交 替单胞菌属( p s e u d o a l t e r o m o n a s ) ：南极低温降解菌n j 4 4 有待进一步鉴定。 3 对降解率最高的南极低温降解蔼n j 4 9 在各种不同环境条件下的生长以及 降解柴油能力的研究结果表明，其生长和降解的最适条件为：初始p h 为7 。5 ， 温度为1 5 ，盐度为6 ，摇瓶装量为8 0 m l ，最佳氮源为硝酸铵，最佳磷源为 磷酸二氢钾和磷酸氢二钾的混合物。添加表面活性剂能够促进南极低温降解菌 n j 4 9 的生长和降解，尤其是阴离子表面活性剂( s d s ) 和非离子表面活性剂( 鼠 李糖脂) 合用，提高了菌株的降解率。 4 对南极低温降解菌n j 4 9 的低温降解特性的研究结果表明，1 5 条件下， 它可以在以萘为惟一碳源和能源的无机盐培养基中生长，并对萘进行降解。采用 g c m s 测定南极低温降解菌n j 4 9 对柴油的降解，图谱表明，对照柴油中含有 c 9 c 2 9 之闯的1 8 种烷烃，而经南极低温降解菌n j 4 9 低温降解处理后的残油组分 中，仅能检测到c 1 5 - c 2 1 7 种烷烃，不仅烷烃的种类明显减少，单一烷烃的含量 也减少许多。通过对南极低温降解菌n j 4 9 产脱氢酶试验得知，在5 c 时脱氢酶 酶活力要低于1 5 。c 时的酶活力，表明，低温限定了南极低温降解菌n j 4 9 的酶活 力；枣 、给柴油舱m m c 培养基中脱氢酶活力高予2 2 1 6 e 培养基中的酶活力，推甑 测定的脱氢酶是降解柴油的酶。南极低温降解菌n j 4 9 的产表面活性剂试验结果 为，在5 和2 0 条件下，该募均不产生表面活性荆。根据脂肪酸组成的测定数 据，发现南极低温降解菌n j 4 9 在低温( 5 c ) 降解时，其脂肪酸组分发生了变化， 不饱和脂肪酸的种类和单种脂肪酸含量均有增加。5 c 条件下，南极低温降解菌 n j 4 9 能产生多种不饱和脂肪酸，其含量高于中温( 2 0 ) 条件的。低温时，南 2 摘要 极低温降解菌n j 4 9 的脂肪饱和度降低，由1 2 2 降到0 7 7 ，推断该低温降解菌通 过脂肪酸变化的方式适应低温下的降解。 从南极海水海冰中分离到低温降解石油烃的海洋细菌在国内尚属首次，可以 认为这些南极低温降解菌为我国低温海洋石油污染的生物修复提供菌源。对南极 低温降解菌的石油烃低温降解特性的研究，将为我国低温海域石油烃污染物的清 除，提供有效的生物修复技术方法。 关键词：南极海洋南极低温降解菌柴油 1 6 sr r n a 分子鉴定低温降解特 性低温适应生物修复技术 南极海洋石油烃低温降解菌的筛选、鉴定及其低温降解特性研究 s c r e e nln g ，ld e n tlfic a t10 na n d l o w t e m p e r a t u r ed e g r a d a t10 nc h a r a c t e rls tlc s s t u d yo fc o l d a d a p t e dp e t r o l e u m h y d r o c a r b o n d e g r a din gb a c t e rials o l a t e df r o m a b s t r a c t a n t a r c tics e a l i uf a n g m i n g a n t a r c t i c ar e g i o n ，d u et oi t ss p e c i f i cg e o g r a p h i c a lp o s i t i o na n dc l i m a t e ，w h i c h c h a r a c t e r i z e db ys t r o n gs e a s o n a lc h a n g e si nl i g h ta n du v i n t e n s i t y ，i sc o n s i d e r e dt ob e a ne x t r e m e ，e n v i r o n m e n t a n t a r c t i cs e ae n v i r o n m e n t ，w h i c hi su n d e rl o wt e m p e r a t u r e ( u s u a l l y 一1 80 c 2 0 ) f o ra l lt i m ea n dh i g hs a l i n i t y ( 3 4 o 3 5 oi ns e aw a t e r , 15 0 o i ns e ai c es a l i n ec h a n n e l s ) t ob ec o l o n i z e di n t h i sl o w t e m p e r a t u r e ，s t r o n gr a d i a t i o n a n dh i g h - s a l i n i t ye n v i r o n m e n t ，m i c r o o r g a n i s m sf o r mg r a d u a l l yas e r i e so fp h y s i o - l o g i c a l ，c h e m i c a la n dm o l e c u l a rm e c h a n i s m s t h e r e f o r e ，a n t a r c t i cm i c r o o r g a n i s m s p r o v i d eau s e f u lm o d e ls y s t e mf o rs t u d y i n gc o l da d a p t a t i o n ，a n da l s oa r et h eo p t i m a l s o u r c e so fl o wt e m p e r a t u r eb i o a c t i v es u b s t a n c e s ( c o l d a d a p t e de n z y m e s ，p u f a ) a n d c o l d - a d a p t e db i o l o g i c a le n g i n e e r i n gb a c t e f i a w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs e ao i lf i e l d e x p l o i t a t i o na n do c e a nt r a n s p o r t a t i o nm o r ef r e n q u e n t l y , o i lh y d r o c a r b o np o l l u t i o ni n t h es e ao c c u r sm o r es e r i o u s l y a n t a r c t i c a ，w h i c ht h o u g h tt ob et h el a s tu n p o l l u t e dl a n d ， w e r e p o l l u t e db yp e t r o l e u mo i l r e c e n t l y , w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa n t a r c t i c e x p l o r a t i o n ，m i n ee x p l o i t a t i o na n dt r a v e l l i n g ，e s p e c i a l l yg i g a n t i co i lt a n k e rs i n k i n g ， p l e n t yo fp e r t o l e u mh y d r o c a r b o nl e a k e do u ta n dt h es e c u r i t yo fa n t a r c t i ce c o s y s t e m h a db e e nt h r e a t e n e d t h ep h e n o m e n a t i o nh a da t t r a c t e da t t e n t i o no f e v e r yc o u n t r y i ti s s of r a g i l ea sa n t a r c t i ce c o s y s t e mt h a ta n yl i t t l ep o l l u t i o nc o u l dr e s u l ti ns e r i o u s b r e a k a g et oe c o s y s t e mb i o r e m i d i a t i o ni sa ni m p o r t a n tm e t h o di ne l i m i n a t i n go i l p o l l u t a n t sf r o ms e a ，t h i st h e s i sa i m sa tp u r p o s eo fw h i c hc o l d a d a p t e dh y d r o c a r b o n d e g r a d i n gb a c t e r i aa r es c r e e n e da n dt h a tw i l lp l a ya nf u n d e r m e n t a lr o l eu s e df o r b i o r e m e d i a t i o nt e c h n i q u ea n dm e t h o do fe l i m i n a t i n gs e ao i lp o l l u t i o na tl o w t e m p e r a t u r e t h em e t h o do fc o m b i n a t i o nm m c l i q u i dc u l t u r ew i t hm m ca g a rp l a t ec u l t u r ew a s 4 a b s t t a c t u s e df o rs c r e e n i n gp e t r o l e u mh y d r o c a r b o n - - d e g r a d i n gc o l d a d a p t e db a c t e r i af r o m a n t a r c t i cs e a w a t e r sa n ds e a - i c e t e s t so fb a c t e r i ag r o w i n ga n dd e g r a d a t i o ne f f i c i e n c y w e r ec a r r i e d m o l e c u l a ri d e n t i f i c a t i o no f16 sr r n aa m p l i f i e df r o mf o u ra n t a r c t i c c o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i aa n dp h y l o g e n e t i ct r e eb a s e do n16 sr r n ag e n ew a s c a r r i e d a n t a r c t i cc o l d - a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 9w a sc h o s e nt os t u d yt h e o p t i m i z a t i o no fn u t r i t i o na n dg r o w i n gc o n d i t i o n t e s t s o fn a p h t h a l i n ed e g r a d a t i o n ， d e g r a d a b l ed i e s e lc h r o m a t o g r a m ，d e h y d r o g e n a s ep r o d u c t i o n ，b i o s u r f a c t a n tp r o d u c t i o n ，f a t t ya c i dc h a n g ew e r ec a r r i e df o ra n t a r c t i cc o l d - a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i a n j 4 9d e g r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i ca n dc o l da d a p t a t i o ns t u d y t h er e s u l t sw e r es u m - m a r i z e da sf o l l o w s 1 f o u rp e t r o l e u mh y d r o c a r b o n d e g r a d i n gc o l d - a d a p t e db a c t e r i a ( n a m e l yn j 41 ， n j 4 4 ，n j 4 9 ，n j 2 8 9 ) w e r es c r e e n e df r o ma n t a r c t i cs e aw a t e r sa n ds e a i c es a m p l e s v i a b l ec o u n t sr e s u l t ss h o w e dt h a tf o u ra n t a r c t i cc o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i ag r e w w e l la n da n t a r c t i cc o l d - a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 9c e l ln u m b e rw a sn e a rt o 10 6 一c f u m la f t e rt w e n t yd a y s d e g r a d a t i o nd a t a ss h o w e dt h a td e g r a d a b l ea b l i l i t i e so f f o u ra n t a r c t i c c o l d a d a p t e dd e g r a d i n g b a c t e r i aw e r ed i f f e r e n t s e p a r a t e t l y a n d d e g r a d a t i o ne f f i c i e n c yo fa n t a r c t i cc o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 9 ，v a l u e6 8 ， w e r et h eh i g h e s t 2 m o r p h o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c sr e s u l t ss h o w e dt h a ta n t a r c t i ch y d r o c a r b o n d e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 1w a ss p h e r i c a l ，d i a m e t e r1 0 - 1 2 9 m a n do t h e r t h r e eb a c t e r i a w e r eb a c i l l i f o r m ，l o n g0 7 - 2 8 9 m a l la n t a r c t i cc o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i ad i d n o tf o r ms p o r ea n da l lo ft h e mh a df l a g e l l u mt om o v e r e s u l t so f16 sr r n a i d e n t i f i c a t i o nr e v e a l e dt h a ta n t a r c t i cc o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 1 ，n j 4 9a n d n j 2 8 9b e l o n g e dt ot h ed e s c r i b e d g e n u sp l a n o c o c c u s ，s h e w a n e l l a ，p s e u d o a l t e r o m o n a s ，r e s p e c t i v e l y a n t a r c t i cc o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 4n e e dt ob e s t u d i e df u r t h e r 3 a n t a r c t i c c o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 9w a sc h o s e nt os t u d yt h e o p t i m i z a t i o no fn u t r i t i o na n dg r o w i n gc o n d i t i o n r e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h eo p t i m a l c o m b i n a t i o no fn u t r i e n tc o n s t i t u e n t sa n dc o n d i t i o nt o g r o wa n dd e g r a d ew e r e d e t e r m i n e da sn h 4 n 0 3 ，k h 2 p 0 4a n dk 2 h p 0 4 ，n a c l6 ，p h7 5 ，15 c ，8 0 m lv o l u m e a d d i n gb i o s u r f a c t a n t ，e s p e c i a l l yc o m b i n a t i o nn e g a t i v ei o ns u r f a c t a n t ( s d s ) w i t h 5 南极海洋石油烃低温降解菌的筛选、鉴定及其低温降解特性研究 p o s i t i v ei o ns u r f a c t a n t ( r h a m n o l i p i d ) c o u l di m p r o v ea n t a r c t i cc o l d a d a p t e dd e g r a d i n g b a c t e r i an j 4 9g r o w i n ga n d d e g r a d i n g 4 d e g r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sr e s u l t ss h o w e dt h a ta n t a r c t i ch y d r o c a r b o n d e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 9m a yg r o wi nm m c c u l t u r e ，n a p h t h a l i n ea st h es o l ec a r b o n a n de n e r g ys o u r c ea n dd e g r a d en a p h t h a l i n ea t15 。c d e g r a d a b l ed i e s e lc h r o m a t o g r a m r e v e a l e dt h a tt h e r ew e r ee i g h t e e na l k a n ei n g r e d i e n t s ( c 9 - c 2 6 ) i nc o n t r o ld i e s e l ，w h i l e o n l y s e v e na l k a n ei n g r e d i e n t s ( c 15 c 2 1 ) i na n t a r c t i cc o l d - a d a p t e dd e g r a d i n g b a c t e r i an j 4 9d e g r a d a b l ed i e s e l f u r t h e r m o r e ，e v e r ya l k a n ei n g r e d i e n t sc o n t e n tw a s d e c r e a s e d t h er e s u l t so fd e h y d r o g e n a s ep r o d u c t i o nr e v e a l e dt h a t d e h y d r o g e n a s e a c t i v i t yo fa n t a r c t i cc o l d - a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 9w a sm u c hl o w e ra t5 c t h a na t2 0 。c t h a ti n d i c a t e dl o wt e m p e r a t u r el i m i t e de n z y m e a c t i v i t y d e h y d r o g e n a s e a c t i v i t yw a sh i g h e ri n2 216 ea m e n d e dd i e s e lt h a ni n2 216 ec u l t u r e ，i n d i c a t i n gt h a tt h e d e h y d r o g e n a s em a yb ed i e s e l - d e g r a d i n ge n z y m e r e s u l t so fb i o s u r f a c t a n tp r o d u c t i o n s h o w e dt h a ta n t a r c t i cc o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 9d i dn o tp r o d u c eb i o s u r f a c t a n ta tb o t h5 ca n d2 0 。c d a t ao ff a t t ya c i dc h a n g er e v e a l e dt h a to u c c r r e d c h a n g ea tl o wt e m p e r a t u r e ( 5 。c ) c o n d i t i o n f a t t ya c i dc o m p o n e n t sa n ds i n g l ef a t t ya c i d n u m b e rw e r ei n c r e a s e di n d u c e db yl o wt e m p e r a t u r e ( 5 。c ) a n t a r c t i ch y d r o c a r b o n d e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 9i s o l a t ep r o d u c e dk i n d so fu n s a t u r a t e df a t t ya c i d sa n dt h e c o n t e n to ft h e mw e r em u c hh i g h e ra t5 t h a nm e s o t h e r m a l c o n d i t i o n ( 2 0 ) s a t u r a t e dd e g r e eo fa n t a r c t i c c o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 9f a t t ya c i d d e c r e a s e df r o m1 2 2t o0 7 7a tl o wt e m p e r a t u r e ( 5 ) ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h e a n t a r c t i cc o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i an j 4 9a d a p tc o l dc o n d i t i o nt o d e g r a d eb y c h a n g i n gf a t t ya c i d m a r i n eb a c t e r i ac a p a b l eo fd e g r a d i n gp e t r o l e u mh y d r o c a r b o na tl o wt e m p e r a t u r e w e r ei s o l a t e df r o ma n t a r c t i cs e a w a t e r sa n ds e a i c es a m p l e s ，w h i c hw a st h ef i r s tt i m e i nc i v i lc o u n t r y t h ea n t a r c t i cc o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i ap r o v i d e db a c t e r i a s o u r c e su s e df o rb i o r e m e d i a t i o no fs e ao i lp o l l u t i o ni no u rc o u n t r y t h es t u d yo f d e g r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fa n t a r c t i cc o l d a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i aa tl o w t e m p e r a t u r ep r o v i d e de f f i c i e n tb i o r e m e d i a t i o nt e c h n i q u ea n dm e t h o do fe l i m i n a t i n g s e ao i lp o l l u t i o na tl o wt e m p e r a t u r e 6 a b s t t a c t k e y w o r d s ：a n t a r c t i cs e a ；a n t a r c t i cc o l d - a d a p t e dd e g r a d i n gb a c t e r i a ；d i e s e l ；16 s r r n a ；l o w t e m p e r a t u r ed e g r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ；l o w - t e m p e r a t u r ea d a p t a t i o n b i o r e m e d i a t i o nt e c h n o l o g y 7 南极海洋石油烃低温降解菌的筛选、鉴定及其低温降解特性研究 1前言 1 1 海洋石油烃的污染 1 1 1石油烃组成 石油是原油和石油制品的总称，是一种由多种烃类及少量非烃化合物( 硫化 物、氮化物、烷烃酸类) 和有机金属( 钒、镍) 组成的复杂混合物( j o n a t h a nd v a n ， 2 0 0 3 ) 。按照化学成分分类，石油主要由正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、芳烃和 非烃化合物及沥青质组成。 ( 1 ) 正构烷烃：属饱和烃，在常温常压下，1 4 个碳原子的烷烃为气态， 5 1 6 个碳原子的烷烃为液态，1 7 个碳原子以上的高分子烷烃呈固态。石油中已 鉴定出的正烷烃有c 1 c 4 5 ，个别报道曾提及见到c 6 0 正烷烃，但大部分正烷烃 碳数小于或等于3 5 。正构烷烃在石油中多数占1 5 5 ( 体积) ，轻质石油可达3 0 以上，而重质石油小于1 5 ，其含量主要取决于生成石油的原始有机质的类型( 陆 相原油含量多，海相原油含量少) 和原油的成熟度( 未成熟的石油主要含大分子 量的正构烷烃；成熟的石油中主要含中分子量的正构烷烃；降解的石油中主要含 中、小分子量的正构烷烃) 。 ( 2 ) 异构烷烃：石油中的异构烷烃以碳原子数1 0 为主，且以异戊间二烯烷 烃最重要。其特点是在直链上每4 个碳原子有一个甲基支链。在沉积物和原油中 以植烷、姥姣烷、降姥姣烷、异十六烷的含量最高。研究和应用最多的是植烷和 姥蛟烷。 ( 3 ) 环烷烃：由许多成环的多个次甲基( c h 2 ) 组成。组成环的碳原子数 可以是大于3 的任何数，相应称为三元环、四元环、五元环等。石油中的环烷烃 多为五元环或六元环。其含量与成熟度有关：成熟度低的石油中主要含多环烷烃， 成熟度高的石油中主要含单环或双环烷烃。一般，单、双环占环烷烃的5 0 5 ； 三环占环烷烃的2 0 ；四、五环占环烷烃的2 5 。 ( 4 ) 芳香烃：芳香烃其特征是分子中含有苯环结构，属不饱和烃。根据其 8 l 前言 结构不同可分为单环、多环、稠环三类芳香烃。单环芳烃是指分子中含有一个苯 环的芳香烃，包括苯及其同系物；多环芳烃是指分子中含两个或多个独立苯环的 芳香烃；稠环芳香烃是指分子中含两个或多个苯环，彼此之间共用两个相邻碳原 子稠合而成的芳香烃。在石油的低沸点馏分中，芳香烃含量较少，且多为单环芳 香烃，如苯、甲苯和二甲苯。随沸点升高，芳香烃含量亦增多，除单环芳香烃外， 出现双环芳香烃，如联苯。在重质馏分中还可能出现稠环芳香烃，如萘和菲，葸 的含量较少。 ( 5 ) 非烃化合物：石油中的非烃化合物主要是含硫、氮、氧三种元素的有 机化合物，主要集中在石油的高沸点馏分中。含硫化合物是最重要的非烃化合物， 存在于中、重馏分中。主要有硫醇( s h ) 、硫化物( s ) 、二硫化物( s s 一) 等。 此外，还有元素硫、硫化氢。含氮化合物主要集中在胶质、沥青质中。石油中含 氮化合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化合物主要是吡咯的同系物及酞胺 等。原油中含有具有重要意义的中性含氮化合物，即卟啉化合物，它是石油成因 的重要生物标志物。含氧化合物主要有酸性和中性两大类。酸性含氧化合物中有 环烷酸、脂肪酸及酚，总称石油酸；中性含氧化合物有醛、酮等，其含量较少。 1 1 2 海洋中石油烃污染来源 海洋中的石油烃小部分是由生物因素产生的( c r i p p s ，1 9 9 0 ) ，但大部分的石 油烃是由人为因素产生的。联合国世界环境报导中指出，每年溢入海洋中的石油 总量约三百二十万吨。进入二十一世纪以后，时有大规模的海洋溢油事件发生， 归纳起来海洋中石油烃污染的来源，主要有以下几个方面： ( 1 ) 船舶油污染：指船舶( 尤其是油轮) 因航行作业或操作不慎原因导致 所载运油料外泄污染海域。例如经常发生的海洋运输事故如搁浅、碰撞、火灾及 爆炸等，这类污染最为严重，占据海洋石油污染总来源的4 5 ( 陈贵峰，1 9 9 7 ) 。 ( 2 ) 陆地油污染：陆地上人类生活废弃物或工业排放、农业生产、城市放 流等污染源，包含未经处理的废油经由河水流入大海。如炼油厂、石化厂泄漏等， 此类污染占据总污染源的3 6 ( 陈贵峰，1 9 9 7 ) 。 9 南极海洋石油烃低温降解菌的筛选、鉴定及其低温降解特性研究 ( 3 ) 大气油污染：系指油类在炼制及使用( 主要为燃烧) 时混入大气，经 降雨落入海中。 ( 4 ) 海域油田开采与探勘污染：指海域原油开采时，由于防护措施不当或 设备事故，致使原油外泄，或是转运过程中，操作不当或油管损坏而造成的油污 染。 1 1 3 海洋中石油烃污染危害 海洋石油污染主要危害是导致海洋环境恶化、海洋生态系统的破坏以及海洋 生物的绝迹。石油中的“三致”有毒物质进入海洋生物的食物链，一方面对海洋生 物有毒害作用，另一方面可通过食物链最终富集在人体内，从而对人类健康造成 严重危害。具体来讲，海洋石油污染表现在以下几点( 方曦，2 0 0 7 ) ： ( 1 ) 影响海气交换：油膜覆盖于海面，阻断氧气、二氧化碳等气体的交换。 氧气的交换被阻碍导致海洋中的氧气被消耗后无法由大气中补充，二氧化碳交换 被阻首先破坏了海洋中二氧化碳平衡，妨碍海洋从大气中吸收二氧化碳形成 h c 0 3 、c 0 3 盐缓冲海洋p h 值的功能，破坏了海洋中溶解气体的循环平衡。 ( 2 ) 影响光合使用：油阻碍阳光射入海洋，使水温下降，破坏了海洋中氧 气、二氧化碳的平衡，这也就破坏了光合作用的客观条件。同时，分散和乳化油 侵入海洋植物体内，破坏叶绿素，阻碍细胞正常分裂，堵塞植物呼吸孑l 道，进而 破坏光合作用的主体。 ( 3 ) 消耗海水中溶解氧：石油的降解大量消耗水体中的氧，然而海水复氧 的主要途径大气溶氧又被油膜阻碍，直接导致海水的缺氧。 ( 4 ) 毒化作用：石油中所含的稠环芳香烃对生物体呈剧毒，且毒性明显与 芳环的数目和烷基化程度有关。首先大分子化合物的绝对毒性很高，而在水中， 低分子类由于具有很强的水溶性和后续的很大生物可利用率，也表现出剧烈毒性 影响。烃类经过生物富集和食物链传递能进一步加剧危害。有证据表明，烃类有 致突变和致癌作用，而慢性石油污染的生态学危害更难以评估。 ( 5 ) 对养殖业的危害：由于石油污染抑制光合作用，降低溶解氧含量，破 坏生物生理机能，使海洋渔业资源正逐步衰退。 1 0 l 前言 ( 6 ) 刺激赤潮的发生：据研究，在石油污染严重的海区，赤潮的发生概率 增加，虽然赤潮发生机理尚无定论，但应考虑石油烃类在其中的作用。 1 1 4 海洋石油污染的处理方法 目前国际上通行的治理及回收石油的技术、方法主要有物理处理法、化学处 理法和生物处理法三类( 郭清根，2 0 0 6 ) 。 物理处理法有：建立油障，将溢油海面封闭起来；使用撇油机、吸油带、拖 油网将油膜清除；投入聚合物或天然吸附材料吸附油污、磁性分离。物理处理法 的特点是相对简单、安全，适用于突发溢油的回收并控制溢油的扩散。 化学处理法有：使用消油剂分散溢油；使用凝油剂包裹溢油；使用集油剂聚 集扩散油等；在含水率、油层厚度等合适的情况下就地燃烧处理溢油。化学方法 见效快，即使在恶劣的天气下也可以在短时间内处理大面积的溢油，但是缺点是 使用消油剂等化学药剂浪费能源，可能产生二次污染；凝油性能较低，生产工艺 复杂，成本偏高，价格昂贵，难以在实际中得到应用。 生物处理法：海洋中存在着大量能够降解石油的微生物，通过人工筛选、培 育，甚至改良这些微生物，然后将其投放到受污海域，进行石油烃类的生物降解。 这种生物修复技术是国际上最新兴起的环境污染治理生物工程技术。 1 2 石油烃的生物降解 生物修复技术( b i o r e m e d i a t i o nt e c h n o l o g y ) 是指利用生物的降解作用，将土 壤、地下水或海洋中的危险污染物降解为二氧化碳和水，或是使污染物无害化。 生物修复技术与传统的物理和化学处理法相比，具有成本低、效果好、对环境负 面影响小、无二次污染等优点，因此越来越受到关注，特别是对机械装置无法清 除的薄油层而且化学药剂被限制使用时，生物法处理溢油的优越性更加显著，已 成为环境治理的重要方法和技术。 2 0 世纪发生了两次重大的海上泄油事件。1 9 8 9 年3 月e x x o n 石油公司的油 轮在阿拉斯加威廉王子湾触礁，泄漏原油3 4 6 万桶，造成了a l a s k av o l d e z 海岸 南极海洋石油烃低温降解菌的筛选、鉴定及其低温降解特性研究 的石油污染；1 9 9 1 年海湾战争时，科威特油罐及输油管被炸毁，7 6 8 万桶石油泻 入波斯湾，大量溢油污染了沙特阿拉伯的海岸。生物技术在清理这两次溢油污染 的成功应用向人们展示了利用降解微生物消除海上石油污染的前景。 1 2 1 降解石油烃的海洋细菌 在海洋中存在着大量能够降解石油的微生物，海水的组成与土壤和淡水都不 同，所以降解石油的微生物也有很大不同。据报道能够降解海洋石油污染物的微 生物有2 0 0 多种，分属于7 0 个属，其中细菌4 0 个属( 张士璀，1 9 9 7 ) 。海洋中 的这些石油烃烃降解菌，可以降解烷烃及甲苯、萘、菲等芳香烃。烃降解菌有： 属于丫2 变形细菌( t 2 p r o t e o b a c t e r i a ) 的食碱菌属( a l c a n i v o r a x ) 、解环菌属 ( c y c l o c l a s t i c u s ) 、海杆菌属( m a r i n o b a c t e r ) 、海螺菌属( n e p t u n