石油污染土壤的生物修复及细菌多样性研究

发布时间：2018-10-24 19:58

【摘要】：石油在开发、运输和使用过程中引起的环境污染日益严重,石油污染不仅影响土壤结构、土壤养分等理化性质,污染物通过土壤进入生物链对整个生态系统和人类健康构成威胁。微生物可以将烷烃类化合物彻底转化为二氧化碳和水,被认为是降解烃类污染的有效方法之一。本文研究了几株高效石油降解菌对原油的降解效果,并将不同组合石油降解菌添加到人工污染土壤中,比较研究了污染土壤在自然条件及添加石油降解菌强化修复的石油降解效果;同时采用高通量测序技术研究了土壤污染及生物修复过程中细菌区系多样性变化。主要研究结果如下:红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)KB1、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)1217、鲍氏不动杆菌(Acinetobacter baumannii)YM122和嗜油不动杆菌JC3-1(Acinetobacter carbophilus)4株高效石油降解菌株在单独培养时7 d内对原油的降解率分别为42.99%、20.73%、19.75%和22.87%。分别将上述4种菌株两两等细菌数量混合,发现KB1和1217、KB1和YM122、KB1和JC3-1、JC3-1和1217、1217和YM122菌株组合的降解率分别为49.21%、32.90%、31.01%、35.18%、32.68%。其中KB1和1217混合组降解率最高。人工构建一定浓度的石油烃污染黄土,静置后测定四氯化碳萃取土壤石油浓度值为2929.22 mg·kg-1,不添加菌剂定期加水翻耕,40 d后降低至2077.50 mg·kg-1,土壤自身对石油的降解率为29.08%,加菌强化修复70 d后,未添加菌剂的自然降解修复组土壤中石油浓度值为912.12 mg·kg-1,石油降解率为56.10%。表明人工污染土壤通过加水翻耕后对石油污染物有一定降解能力。分别将1217菌剂、KB1菌剂及二者混合菌剂一次性添加到石油污染土壤中,研究不同菌剂对土壤的强化修复作用,发现添加单一菌种及混合菌剂后,都能明显降低石油污染物在土壤中的含量。添加1217菌剂、KB1菌剂及混合菌剂的土壤石油浓度分别降至421.65 mg·kg-1、339.28 mg·kg-1和248.04 mg·kg-1,对石油污染物的降解率分别为79.70%、83.67%和88.06%。较自然降解修复组分别提高了23.60%、27.57%和32.96%,且混合菌剂的强化修复效果比单一菌剂好。用GC-MS分析了石油污染及强化修复过程中石油主要组分的变化,强化修复70 d后,加入混合菌剂修复组土壤检测不到烷烃组分,添加1217菌剂修复组、KB1菌剂修复组的土壤中分别只剩下3,7-二甲基十一烷和2,6,10-三甲基十四烷一种支链烷烃,而自然降解修复组土壤中石油组分还剩余有植烷、3-乙基-5-(2-乙基丁基)十八烷等多种长支链烷烃。采用高通量测序技术对石油污染土壤及石油降解菌强化修复土壤的细菌群落多样性进行了分析。发现污染前土壤细菌多样性丰度较高,包括34门、70纲、90目、192科、657属,主要优势菌群依次为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia);优势菌属依次为GP6、芽单胞菌属(Gemmatimonas)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、节杆菌属(Arthrobacter)、GP4、Aridibacter、斯科曼氏球菌属(Skermanella)、Povalibacter。随着石油污染物的添加和加入时间的延长,土壤中细菌门水平组成上,由34门减少为29门,丰度变化差异性显著,在石油污染40 d时放线菌门丰度变为最大,酸杆菌门、拟杆菌门、芽单胞菌门和浮霉菌门丰度显著下降。110 d时变形菌门再次成为丰度最大菌门,Candidatus Saccharibacteria门丰度逐渐变大,约由0.4%增加到1.0%,其他主要菌门维持在相同水平上。而在属水平上组成变化显著,由657个属减少为约500个属,优势菌属依次变化为鞘氨醇单胞菌属、假单胞菌属(Pseudomonas)、GP6、GP16、微小杆菌属(Exiguobacterium)、气微菌属(Aeromicrobium)、Iamia和类诺卡氏菌属(Nocardioides)。分别在石油污染土壤40 d后加入1217菌剂、KB1菌剂以及两菌株的混合菌剂生物修复70 d。高通量测序结果表明,各实验组细菌分别分布在31、29、32门的471、473、474属,在菌门组成和丰度上差异不显著。主要优势菌门依次为变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、芽单胞菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、绿弯菌门、疣微菌门和Candidate division WPS-1。在种属组成上差异亦不显著,在丰度上变化显著,添加铜绿假单胞菌1217实验组主要优势属依次为鞘氨醇单胞菌属、Alglcola,假单胞菌属、Iamia,类诺卡氏菌属,Perlucidibaca,微小杆菌属、GP4、Aridibacter和芽单胞菌属;添加1217和KB1混合菌剂组的优势菌属为鞘氨醇单胞菌属、Iamia、假单胞菌属、GP6、芽单胞菌属、Aridibacter、Perlucidibaca,Aquihabitans、微小杆菌属;添加红平红球菌KB1组的优势菌属依次为鞘氨醇单胞菌属、Iamia、假单胞菌属、GP6、类诺卡氏菌属、Aridibacter、GP4、芽单胞菌属、Perlucidibaca、气微菌属。
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【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X172;X53

【参考文献】