南極海洋石油烴低溫降解菌的篩選、鑒定及其低溫降解特性研究.pdf

1、南極具有獨特的地理及氣候特征，其主要特點是變化極大的光照輻射、季節(jié)性的光照時間。南極海洋系統(tǒng)內(nèi)常年低溫(通常在-1.8℃～2.0℃)，高鹽(海水中的鹽度一般為34‰～35‰，海冰中的鹽囊和鹽通道的鹽度可達到150‰)，在這樣一個低溫、強輻射和高鹽度的自然環(huán)境里，海洋微生物必然具備了相應(yīng)獨特的生理生化和分子機制，因此，南極微生物不僅是研究在低溫條件下生物適應(yīng)性的極好材料，而且也是獲得低溫生物活性物質(zhì)(低溫酶、PUFA)和其他低溫生物工程菌

2、的最佳來源。隨著海上油田的開采和海洋運輸?shù)娜找骖l繁，海洋的石油烴污染越來越嚴重，以致被認為人類最后一塊凈土的南極大陸也未能幸免。近年來，南極考察、探礦和觀光旅游的興起，特別是大型油輪的沉沒，導致大量石油烴泄漏，嚴重威脅了南極生態(tài)系統(tǒng)的安全，已經(jīng)引起世界各國的廣泛重視，在南極這樣一個非常脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，任何小的生態(tài)環(huán)境污染，都會導致嚴重的生態(tài)系統(tǒng)破壞。生物修復是消除海洋石油烴污染的重要途徑，本文從南極海水海冰樣品中篩選能低溫降解石油烴的低

3、溫菌，以期為海洋石油烴污染的低溫生物修復技術(shù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 本文采用MMC無機鹽液體培養(yǎng)和MMC瓊脂平板培養(yǎng)結(jié)合的方法，從南極海水海冰樣品的細菌篩選能夠高效低溫降解石油烴的細菌，對篩選到的4株南極低溫降解菌進行平板生長和降解率試驗；采用16S rRNA分子鑒定方法對4株南極低溫降解菌進行鑒定，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹；通過生物搖床進行單因素試驗確定南極低溫降解菌NJ49的最適營養(yǎng)和生長條件；通過萘低溫降解、柴油低溫降解GC-MS圖譜、脫

4、氫酶試驗、產(chǎn)生物表面活性劑試驗、脂肪酸變化試驗，對南極低溫降解菌NJ49的降解特性和低溫適應(yīng)性進行研究。主要獲得以下結(jié)果： 1.從南極海水海冰樣品中篩選到了4株南極低溫降解菌，即NJ41、NJ44、NJ49、NJ289。平板可見計數(shù)試驗表明，培養(yǎng)20d后NJ41、NJ44、NJ49和NJ289均生長良好，南極低溫降解菌NJ49菌液細胞可以接近106.8CFU/ml。對4株南極低溫降解菌在15℃時降解試驗表明，不同菌株對柴油的降

5、解能力不同，其中南極低溫降解菌NJ49降解率為最高，可達68％。 2.對4株南極低溫降解菌的形態(tài)特征觀察結(jié)果表明，南極低溫降解菌NJ41是球形，其直徑為1.0～1.2μm，其余3株降解菌為桿狀，長度范圍在0.7～2.8μm之間。4株南極低溫降解菌都不形成芽孢，都具有鞭毛可以運動。16S rRNA分子鑒定結(jié)果表明：南極低溫降解菌NJ41屬于動球菌屬(Planococcus)；南極低溫降解菌NJ49屬于希瓦氏菌屬(Shewanel

6、la)；南極低溫降解菌NJ289是假交替單胞菌屬(Pseudoalteromonas)：南極低溫降解菌NJ44有待進一步鑒定。 3.對降解率最高的南極低溫降解菌NJ49在各種不同環(huán)境條件下的生長以及降解柴油能力的研究結(jié)果表明，其生長和降解的最適條件為：初始pH為7.5，溫度為15℃，鹽度為6％，搖瓶裝量為80ml，最佳氮源為硝酸銨，最佳磷源為磷酸二氫鉀和磷酸氫二鉀的混合物。添加表面活性劑能夠促進南極低溫降解菌NJ49的生長和降

7、解，尤其是陰離子表面活性劑(SDS)和非離子表面活性劑(鼠李糖脂)合用，提高了菌株的降解率。 4.對南極低溫降解菌NJ49的低溫降解特性的研究結(jié)果表明，15℃條件下，它可以在以萘為惟一碳源和能源的無機鹽培養(yǎng)基中生長，并對萘進行降解。采用GC-MS測定南極低溫降解菌NJ49對柴油的降解，圖譜表明，對照柴油中含有C9～C26之間的18種烷烴，而經(jīng)南極低溫降解菌NJ49低溫降解處理后的殘油組分中，僅能檢測到C15～C217種烷烴，不

8、僅烷烴的種類明顯減少，單一烷烴的含量也減少許多。通過對南極低溫降解菌NJ49產(chǎn)脫氫酶試驗得知，在5℃時脫氫酶酶活力要低于15℃時的酶活力，表明，低溫限定了南極低溫降解菌NJ49的酶活力；補給柴油的MMC培養(yǎng)基中脫氫酶活力高于2216E培養(yǎng)基中的酶活力，推斷測定的脫氫酶是降解柴油的酶。南極低溫降解菌NJ49的產(chǎn)表面活性劑試驗結(jié)果為，在5℃和20℃條件下，該菌均不產(chǎn)生表面活性劑。根據(jù)脂肪酸組成的測定數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)南極低溫降解菌NJ49在低溫(5

9、℃)降解時，其脂肪酸組分發(fā)生了變化，不飽和脂肪酸的種類和單種脂肪酸含量均有增加。5℃條件下，南極低溫降解菌NJ49能產(chǎn)生多種不飽和脂肪酸，其含量高于中溫(20℃)條件的。低溫時，南極低溫降解菌NJ49的脂肪飽和度降低，由1.22降到0.77，推斷該低溫降解菌通過脂肪酸變化的方式適應(yīng)低溫下的降解。從南極海水海冰中分離到低溫降解石油烴的海洋細菌在國內(nèi)尚屬首次，可以認為這些南極低溫降解菌為我國低溫海洋石油污染的生物修復提供菌源。對南極低溫降解