生物表面活性剂-微生物强化紫花苜蓿修复多环芳烃污染土壤

在温室盆栽条件下,通过单独或联合添加生物表面活性剂鼠李糖脂(RH)和接种多环芳烃专性降解菌(DB),研究了利用生物表面活性剂-微生物强化紫花苜蓿(Medicago sativa L.)修复多环芳烃(PAHs)长期污染土壤的效果.结果表明,添加鼠李糖脂和接种PAHs专性降解菌能促进紫花苜蓿的生长和土壤中PAHs的降解.培养90d后,RH、DB处理的PAHs的降解率分别为30.0%和49.6%,均高于对照处理(CK)(21.7%).RH+DB处理PAHs的降解率最高达53.9%,说明鼠李糖脂和PAHs专性降解菌协同作用显著.另外,随着PAHs苯环数的增加,其平均降解率逐渐降低,但是接种PAHs专性降解菌能够提高4环和5环PAHs的降解率.同时也发现土壤中脱氢酶活性和PAHs降解菌数量越高的处理,土壤PAHs的降解率也越高.所以添加鼠李糖脂和接种PAHs专性降解菌能够有效促进土壤多环芳烃降解.     

土壤中多环芳烃微生物降解能力模拟

为了揭示微生物菌种(组合)对土壤中PAHs(多环芳烃)降解率的影响以及不同类型PAHs抗微生物降解能力的差异,分析了北京市6个不同环境功能区土壤中微生物种类及其分布特征,从中筛选出部分微生物菌种对典型PAHs和原油进行降解模拟试验,对比分析微生物对不同PAHs降解能力的差异.结果表明:① 不同菌种组合对PAHs的降解能力存在明显差异,与假单胞菌属、无色杆菌、短稳杆菌混合菌相比,假单胞菌属、无色杆菌、短稳杆菌和微杆菌混合菌对PAHs的降解率高0.6%~4.5%;② 在相同降解条件下,不同PAHs的降解率存在明显差异,在单体培养基中,LMW PAHs(低环数PAHs)的降解率在25.3%以上,而HMW PAHs(高环数PAHs)的降解率都小于20.1%;③ 在单体培养基与混合培养基中PAHs的降解能力也存在一定差别,单体培养基中PAHs的降解率较混合培养基中高4.2%~26.6%;④ 无论在单体培养基中,还是混合培养基中这些化合物的降解率均存在随着降解时间的增加而增大的现象;⑤ 在原油培养基中不同PAHs的降解率更为复杂,并且出现了中低分子量PAHs降解率随降解时间增加反而降低的假象,这可能是由于随着时间增加,微生物对PAHs的降解能力加强,原油中含烷基的PAHs基团降解或HMW PAHs被微生物降解产生LMW PAHs中间产物造成.研究显示,假单胞菌属、无色杆菌、短稳杆菌和微杆菌对HMW PAHs和LMW PAHs均有明显的降解效果,但不同PAHs的降解率存在明显的差异,即使是同一单体化合物,在单体培养基、混合培养基和原油培养基三种不同的降解条件下,其降解率也具有不同程度的差别.      

油田污染土壤残油组成与特征参数分析

为揭示石油在土壤中的降解规律、残油组分特征,筛选土壤残油的生物降解性评价参数,选取大庆、胜利、百色3个油田区共18个深度降解的石油污染土样,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析了土壤残油中链烷烃(正烷烃+姥鲛烷+植烷)、多环芳烃(PAHs)、萜烷、甾烷及三芳甾烃等5类超过100种石油烃单体.结果表明,经长期降解后残留在土壤残油中总烷烃残留率低于10%,总PAHs残留率低于30%,而萜烷、甾烷及三芳甾烃等生物标志物较难降解.正烷烃降解性随碳数增加有下降的趋势,但碳数<37的正烷烃降解率平均值>80%;PAHs中2～4环PAHs降解率平均值>70%,5～6环PAHs较难生物降解;萘系列、菲系列、系列及苯并[e]芘系列中随烷基取代数增多而残留率增高.残油中可被GC-MS识别的组分<3%,主要为碳数高于20的正烷烃、烷基取代萘和菲、萜烷、甾烷及三芳甾烃等生物标志物.基于烷烃及多环芳烃组成特征,筛选出6个由易降解组分含量与总油或难降解组分含量的比值构成的标准残油的特征参数,可用于判断污染土壤中石油污染物的生物降解性.     

几种表面活性剂对柴油及多环芳烃的增溶作用

研究表面活性剂在多种柴油HOCs(疏水性有机物)组分共存条件下对PAHs(多环芳烃)的增溶作用.选用阴离子表面活性剂LAS(十二烷基苯磺酸钠)和SDS(十二烷基硫酸钠),非离子表面活性剂TX 100(曲拉通X-100)和TW 80(吐温80)及生物表面活性剂鼠李糖脂和烷基糖苷,评价表面活性剂对柴油的增溶效果,并筛选出LAS,TX 100和鼠李糖脂,进行柴油中PAHs的增溶试验.结果表明,表面活性剂对柴油增溶作用顺序为鼠李糖脂> TX 100 >烷基糖苷> TW 80> LAS>SDS.在多种柴油组分共存条件下,PAHs的表观溶解度与表面活性剂浓度具有良好的线性关系.表面活性剂对柴油中PAHs的增溶作用顺序为鼠李糖脂> TX 100 > LAS.鼠李糖脂具有较低的临界胶束浓度和较复杂的分子结构,能够形成更多、更大的胶束,有利于柴油及PAHs的增溶.      

蛋白质组学及其在PAHs生物降解途径中的应用

蛋白质组学是研究生物体表达的全部蛋白功能的学科。随着双向电泳、生物质谱和生物信息学三大蛋白质组学技术的发展与成熟,蛋白质组学成为研究PAHs降解菌的生物降解途径中不可或缺的重要部分。阐述了这三大技术以及其应用于PAHs降解菌在特定多环芳烃污染物诱导前后的差异蛋白的表达,并展望了蛋白质组学三大技术应用于微生物降解多环芳烃机制方面的前景与挑战,以期对今后相关PAHs降解菌的培育驯化或生物降解途径的研究有一定指导作用。     

焦化厂多环芳烃污染土壤的强化微生物修复研究

从北京焦化厂采集了多个多环芳烃(PAHs)污染土壤样品,目的是从中分离出PAHs降解菌并确定其适宜的生存条件,进行富集培养后,应用于焦化厂污染土壤的强化微生物修复.分别以美国EPA优先控制的16种PAHs中的一种为唯一碳源,采用平板划线法对降解菌进行分离并通过基因分析方法确定其种属,共获得7种PAHs降解菌,这些菌混合在一起,在适当的浓度条件下,可对16种2～6环的PAHs进行降解.在液体培养基中16种PAHs总浓度(ΣPAH16)为17μg/mL时,单一菌即可生长良好且具有降解活性,但当ΣPAH16为166μg/mL时,不论是单一菌还是混合菌(7种PAHs降解菌),其生长和活性均受到抑制.针对北京焦化厂污染土壤,设计了5组处理,即对照(C)、添加营养物(N)、添加营养物和降解菌(N+B)、添加营养物和表面活性剂(N+S)、以及添加营养物、降解菌和表面活性剂(N+B+S).经过5周的实验,与C组相比,N+B组16种PAHs的去除率平均提高了32%,N+B+S组16种PAHs的去除率平均提高了46%(其中10种4～6环PAHs的去除率平均提高了52%).添加PAHs降解菌和表面活性剂可明显增强土壤中PAHs的降...     

生物炭输入土壤对其石油烃微生物降解力的影响

以木屑和麦秆为原料,在300℃和500℃下热解制备生物炭,分析了生物炭输入对大港油田污染土壤中总石油烃及其组分(正链烷烃n C8~C40和16种PAHs)微生物降解效果的影响.结果表明,生物炭输入强化了土壤中总石油烃及其组分的生物降解.生物炭原料的选取对烷烃降解影响显著,对PAHs影响较小;高温制备生物炭对污染物降解的强化效果较好,这归因于生物炭表面性质和降解微生物种类的不同.土壤中加入生物炭后,低环PAHs的降解效率显著高于高环PAHs.添加典型的土壤易分解有机质(葡萄糖)产生正激发作用,导致生物炭矿化,促进了烷烃降解,抑制了PAHs的去除.可见,生物炭输入可有效促进石油烃的微生物降解,对修复石油污染土壤起正效应.     

多环芳烃类污染土壤强化生物修复技术研究及应用

针对多环芳烃类(PAHs)污染土壤,采用富集培养的方法分离筛选得到高效PAHs降解菌,并作为外源添加至高效复合微生物降解菌剂中运行过程中控制土壤含水率、微生物菌剂、营养物质的投加比例以及人工翻抛频率,开展强化生物修复试验。土壤中PAHs的降解主要出现在前3个月,之后进入生物降解拖尾阶段,土壤中各PAHs的浓度下降缓慢。其中,堆体土壤中低环PAHs、中环PAHs和高环PAHs的最高去除率分别为66.50%、71.78%和56.99%,16种PAHs的平均去除率为64.06%。分别从生物可利用性、微生物激活营养剂、提高供氧效率和微生物菌剂4个因素进行强化生物修复研究。运行结果显示:高密度投加PAHs高效降解菌,并提供适量的营养物质,同时添加生物表面活性剂进行强化,最终污染土壤中总PAHs降解率可以达到85.07%,且16种PAHs均得到显著降解。     

水体颗粒物的粒径和组成对多环芳烃生物降解的影响

采用模拟实验方法,研究黄河水体颗粒物的粒径和组成对苯并[a]芘和的生物降解速率的影响及影响机制.结果表明,苯并[a]芘和在水/颗粒物混合体系的降解符合一级动力学规律,颗粒物的存在促进了二者的生物降解,并且中沙(7～25μm)的促进作用最大,细沙(<7μm)次之,粗沙(>25μm)最小.在中沙、细沙和粗沙体系中,苯并[a]芘的一级动力学常数分别为0.024 8d^-1、0.021 2d^-1、0.019 2d^-1,的一级动力学常数分别为0.028 8d^-1、0.026 1d^-1、0.021 8d^-1.其影响机制主要包括:①颗粒物的存在促进了体系中多环芳烃降解菌的增长,且中沙和细沙体系中微生物增长快于粗沙体系.②多环芳烃(PAHs)吸附于颗粒物表面,其解吸作用使得颗粒物附近PAHs的浓度相对较高,且由于微生物也主要生长于水/颗粒物界面,这样使得微生物和PAHs接触的机会增大.由于中沙和细沙体系中颗粒物对微生物和PAHs的吸附作用均远大于粗沙体系,因此使得中沙和细沙体系中PAHs的降解速率大于粗沙体系.另外,与中沙相比,细沙对PAHs的吸附作用更强,解吸相对困难,从而使细沙体系中PAHs的降解速率低于中沙体系.     

增温和锌复合作用对菠菜富集多环芳烃的影响

目前有关增温和重金属复合作用对植物富集疏水性有机物的影响研究还鲜有报道.本文通过构建土壤-大气-植物密闭微宇宙,分析土壤、大气和植物中多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）的浓度及土壤中PAHs降解菌基因的拷贝数,进而探究增温（+6℃）和锌胁迫（100~600 mg·kg^-1）及两者复合作用对菠菜富集4种氘代PAHs及其致癌风险的影响.结果表明,增温使菠菜根部中PAHs的浓度降低了1.5%~20.4%,这是由于增温促进了土壤中PAHs的生物降解,进而导致PAHs自由溶解态浓度降低;另外,增温也降低了根部脂肪的含量,从而降低PAHs在根部的富集作用.然而,菠菜根部中PAHs的浓度随土壤中锌浓度的增加而增加,且增加比例为1.2%~91.7%,这主要是因为锌抑制了土壤中PAHs的降解,进而增加了PAHs的自由溶解态浓度;另外,锌胁迫还增加了菠菜根部细胞膜的通透性,进而促进根部吸收PAHs.增温和锌胁迫条件下,菠菜茎叶中PAHs的浓度分别降低了7.3%~51.1%和增加了3.0%~76.9%,与对根部富集PAHs的影响一致,这归因于茎叶中的PAHs主要来源于根部的向顶运输而非大气的茎叶吸收.增温和锌复合作用对菠菜富集PAHs具有拮抗作用,这是因为两者对土壤中PAHs的生物降解具有相反的影响.在无外源PAHs输入下,增温和锌胁迫分别会降低和增加PAHs的总致癌风险.     

Influence of nonionic surfactant on the solubilization and biodegradation of phenanthrene

Phenanthrene was solubilized in two different nonionic surfactants, Tween80 and Triton X-100. The bioavailability of phenanthrane to the bacteria isolated from the petroleum contaminated soils was studied based on the rotary flasks experiments. The results showed that the concentration of nonionic surfactants above the critical micelle concentration (CMC) can increase the solubility of phenanthrene in water andwere innoxious to the phenanthrene-degrading bacteria; phenanthrene solubilized in the micelles of Tween80 was bioavailable and biodegradable. The research demonstrated the potential of surfactant-enhanced bioremediation of soils contaminated by hydrophobic organic comoounds( HOCs).     

非离子型表面活性剂强化混合菌降解间二甲苯的性能研究

从焦化废水厂的活性污泥中筛选间二甲苯混合降解菌,并研究非离子型表面活性剂吐温80(C_(64)H_(124)O_(26))对混合菌降解间二甲苯的强化作用.研究结果表明:驯化后的间二甲苯混合降解菌以产黄杆菌属(Rhodanobacter sp.)为主,占比41.2%;仅存在吐温80作为单一碳源时,高浓度的吐温80对混合降解菌没有明显的抑制作用;吐温80与间二甲苯共存时,当吐温80浓度为2 CMC,反应72 h后间二甲苯的降解率达到最高,为76%;提前12 h(较混合降解菌)投加浓度为2 CMC的吐温80,最利于菌种的生长繁殖及间二甲苯的降解.     

表面活性剂Tween80及DOM对土壤中菲、芘解吸的影响

采用室内序批试验研究了水溶性有机物（DOM）及表面活性剂Tween80对污染土壤中菲、芘解吸行为的影响.结果表明,DOM能够增加土壤中菲、芘的解吸率,且猪粪堆肥的DOM作用效果较好;随着体系中Tween80浓度的增加,土壤中菲、芘的解吸率也明显地增加,当Tween80浓度为150 mg·L^-1时,菲、芘的解吸率分别是对照的1.7倍（菲）和6.2倍（芘）;DOM与Tween80联合作用时受Tween80浓度的影响,低浓度时联合作用效果不明显,当Tween80为150 mg·L^-1时,菲、芘的解吸率显著增加且大于两者单独作用的结果之和.试验结果还表明,同等条件下高相对分子质量DOM组分（>25000）对土壤中菲、芘的解吸作用大于低相对分子质量DOM组分（<1 000）.     

非一阴离子表面活性剂对PAHs的增溶作用及无机盐的强化效果研究

文章研究了几种非离子和阴离子表面活性剂在单一或混合条件下对多环芳烃（PAHs）萘和菲的增溶作用,并分析了无机盐对表面活性剂增溶PAHs的强化效果.结果表明,在相同浓度条件下,非离子表面活性剂对菲和萘的增溶效果均高于阴离子表面活性剂,其增溶能力大小顺序为：Tween 80 ＞TX-100＞ Tween 20＞ SDS＞SDBS.将非离子与阴离子表面活性剂混合后,对萘和菲的增溶作用大于单一阴离子表面活性剂而小于单一非离子表面活性剂,且增溶效果随着非离子表面活性剂比例的增加而增大.低浓度（0.03 mol/L）的NaCl和Na2SO4可大幅度促进表面活性剂对萘和菲的增溶效果,但随着无机盐浓度的提高,对增溶效果的促进作用不明显.     

Characterization of phenanthrene degradation by strain Polyporus sp. S133

Polyporus sp. S133, a fungus collected from contaminated soil, was used to degrade phenanthrene, a polycyclic aromatic hydrocarbon, in a mineral salt broth liquid culture. A maximal degradation rate (92%) was obtained when Polyporus sp. S133 was cultured for 30 days with agitation at 120 r/min, as compared to 44% degradation in non-agitated cultures. Furthermore, the degradation was a ected by the addition of surfactants. Tween 80 was the most suitable surfactant for the degradation of phenanthrene by Polyporus sp. S133. The degradation rate increased as the amount of Tween 80 added increased. The rate in agitated cultures was about 2 times that in non-agitated cultures. The mechanism of degradation was determined through the identification of metabolites; 9,10-phenanthrenequinone, 2,2’-diphenic acid, phthalic acid, and protocatechuic acid. Several enzymes (manganese peroxidase, lignin peroxidase, laccase, 1,2-dioxygenase and 2,3-dioxygenase) produced by Polyporus sp. S133 were detected during the incubation. The highest level of activity was shown by 1,2-dioxygenase (187.4 U/L) after 20 days of culture.     

污染源区结构特征对Tween 80去除DNAPL效果的影响

选择四氯乙烯（PCE）作为特征污染物,通过二维砂箱实验探究3种介质情景中,污染源区结构特征对Tween 80冲洗去除PCE的影响.采用透射光法监测PCE的运移及去除过程,定量测定PCE的饱和度.进而采用不连续的离散状与连续的池状PCE体积比（GTP）定量表征污染源区结构特征.结果表明,PCE在含透镜体介质中运移时,运移路径延长,离散状PCE增多.离散状PCE与Tween 80溶液的有效接触面积较大,被优先溶解去除,而细砂层上部的污染池的比表面积和接触面积较小,溶解能力有限,远比运移路径上的PCE难以去除.此外,初始离散状PCE较多,GTP较大,有利于池状PCE溶解转变为离散状PCE,PCE去除率增大.因此对于实际污染场地,需要详细分析DNAPLs污染源区结构特征,以助于评估表面活性剂冲洗技术的修复效率及试剂消耗.     

一株高效降解菲的植物内生细菌筛选及其生长特性

从长期受PAHs污染的植物看麦娘中分离出1株可高效降解菲的内生细菌Pn2,经生理生化特征分析和16S rDNA序列同源性分析,初步鉴定为Naxibacter sp.,研究了菌株Pn2的生长特性及其对菲的降解作用.结果表明,菌株Pn2能以菲为唯一碳源生长,并对菲有良好的降解性能.菲浓度为49.92mg/L时,30℃下150r/min振荡培养72h,菲降解率高达98.78%.接种量和污染强度显著影响Pn2对菲的降解:接种量越大,菲降解率越高;随污染强度升高,菲降解率先增大后减小,最适污染强度为150mg/L.菌株Pn2有较强的环境适应能力.温度为25~37℃、环境pH值为6.0~8.0、盐浓度1%~2%范围内,菌株Pn2生长状况良好.菌株Pn2为好氧生长,通气量越大,菌株生长越旺盛.菌株Pn2对低浓度的氨苄青霉素和氯霉素有抗性.     

Enhancing plant-microbe associated bioremediation of phenanthrene and pyrene contaminated soil by SDBS-Tween 80 mixed surfactants

The use of surfactants to enhance plant-microbe associated dissipation in soils contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) is a promising bioremediation technology. This comparative study was conducted on the effects of plant-microbe treatment on the removal of phenanthrene and pyrene from contaminated soil, in the presence of low concentration single anionic, nonionic and anionic-nonionic mixed surfactants. Sodium dodecyl benzene sulfonate(SDBS) and Tween 80 were chosen as representative anionic and nonionic surfactants, respectively. We found that mixed surfactants with concentrations less than 150 mg/kg were more effective in promoting plant-microbe associated bioremediation than the same amount of single surfactants. Only about(m/m) of mixed surfactants was needed to remove the same amount of phenanthrene and pyrene from either the planted or unplanted soils, when compared to Tween 80. Mixed surfactants( 150 mg/kg) better enhanced the degradation efficiency of phenanthrene and pyrene via microbe or plant-microbe routes in the soils. In the concentration range of 60–150 mg/kg, both ryegrass roots and shoots could accumulate 2–3 times the phenanthrene and pyrene with mixed surfactants than with Tween 80. These results may be explained by the lower sorption loss and reduced interfacial tension of mixed surfactants relative to Tween 80, which enhanced the bioavailability of PAHs in soil and the microbial degradation efficiency. The higher remediation efficiency of low dosage SDBS-Tween 80 mixed surfactants thus advanced the technology of surfactant-enhanced plant-microbe associated bioremediation.     

混合表面活性剂对多环芳烃的增溶作用及机理

比较了研究了单一和混合表面活性剂对萘、苊、蒽、菲、芘的增溶作用及其机理。混合表面活性剂／单一表面活性对多环芳烃协同增溶／增溶作用的大小与水溶液中表面活性剂的结构、浓度、组成及有机溶质本身的性质有关。在临界胶束浓度（CMC）以上，单一表面活性剂对多环芳烃的增溶作用顺序为TritonX100＞Brij35＞TritonX305，与其亲水亲油平衡值（HLB）呈负相关；混合表面活性剂对多环芳烃能产生显著的增溶作用，其协同增溶作用顺序为SDS－TritonX305＞SDS－Brij35＞SDS－TritonX100，协同增溶作用的大小与其中的非离子表面活性剂的HLB值及多环芳烃的辛醇－水分配系数呈正相关。混合表面活性剂溶液的CMC值降低、溶质在胶束相／水相间分配系数Kmc的增大是产生协同增溶作用的主要原因。     

微塑料对近岸多环芳烃降解菌群结构及其降解能力的影响

近海岸微塑料的污染问题日益突出,对周围生态环境造成了严重的影响.微塑料研究主要集中于微塑料在生物体内的积累,而有关微塑料对微生物生态的影响研究还很少.本文针对受微塑料影响较严重的近岸环境,从受石油污染的近岸水体中富集驯化得到功能菌群菲降解菌群MB1,探究微塑料对近岸菲降解菌群结构及降解能力的影响.结果表明:微塑料的添加在一定程度上促进菲的降解;SEM扫描电镜分析进一步显示微生物附着在微塑料上并分泌丝状物质;采用Illumina序列分析添加微塑料后菌群结构的变化,发现培养6 d后在有添加微塑料的体系中优势菌属以Glaciecola为主,而未添加的对照组中优势菌属是Rhdovulum,说明微塑料的添加可明显改变降解多环芳烃的菌群结构,进而影响污染物的降解能力.