土壤中微生物对多环芳烃的降解及其生物修复的研究进展

多环芳烃是一类在环境中普遍存在的有机污染物,微生物降解是多环芳烃（PAHs）降解的主要途径。文中主要介绍PAHs的降解菌,降解机理和PAHs的生物修复方面的研究进展。这些进展可为降解菌株的分子及遗传机制研究提供理论依据,将促进通过基因工程优化降解菌、更有效地检测PAHs环境污染及实现PAHs污染的生物修复。     

微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)在土壤中分布广泛且存留时间长。利用理化手段去除PAHs不仅价格昂贵,还会对土壤、沉积物以及地下水层等自然环境造成二次污染。生物修复主要是利用微生物代谢多样性降解有害污染物,被认为是最具有前景的修复技术。目前已分离鉴定出多种微生物具有降解PAHs的能力。为了更好地应用微生物修复土壤及环境中的PAHs污染,需要更加深入了解降解过程中微生物代谢途径的生理生化以及分子遗传机制。综述了土壤中多环芳烃的微生物降解,在前人研究的基础上,阐述了不同降解途径对不同分子量多环芳烃的生物代谢转化机理,为提高土壤中降解菌的生物修复能力提供了理论依据。     

土壤中多环芳烃污染的研究进展

简要地论述了PAHs在土壤中的吸附、分布情况;对土壤中PAHs的前处理技术、测定方法分别进行了归纳和对比,并对土壤中PAHs的微生物降解的研究进展进行了综述.     

根系分泌物对土壤中多环芳烃降解及相关微生物的影响

根系分泌物可有效降解有机污染物,目前尚不清楚根系分泌物对土壤中多环芳烃(PAH)降解效果、降解基因及相关功能菌丰度的影响。本研究采用盆栽试验,探索不同浓度(10、20、40、80 mg/kg)人工根系分泌物、水稻根系分泌物对PAH(NAP、PHE、PYR)降解率、降解基因(nidA、nahAc、phe)丰度和细菌群落结构的影响。结果表明,添加10～80 mg/kg的人工和水稻根系分泌物处理皆可在一定程度提高土壤中NAP、PHE、PYR的降解率,且降解率随着根系分泌物浓度的增加呈先增加后降低趋势,整体以40 mg/kg效果较佳。qRT-PCR和16S rRNA高通量测序表明,与CK处理相比,根系分泌物处理下微生物群落丰度发生明显变化,且不同时间、不同浓度皆可影响群落结构特征。相关性分析结果表明,PAH降解效率、降解基因丰度、PAH功能菌三者间皆具有很强的相关性;人工根系分泌物处理下PAH降解率与nidA基因、诺卡氏菌属(Nocardioides)和分枝杆菌属(Mycobacterium)呈极显著正相关(P<0.01),水稻根系分泌物处理下PAH降解率与nahAc基因、假单胞菌属(P...     

降解菌对堆肥中多环芳烃降解作用的初步研究

通过在堆肥中加入经过驯化的降解菌这种土壤有机污染生物修复技术 ,以超声波提取 -高效液相色谱 (HPLC)分离测定的方法 ,对堆肥材料中多环芳烃的浓度变化进行监测 ,从而了解降解菌对堆肥中多环芳烃的降解作用。实验结果表明 ,降解菌对堆肥中的多环芳烃有明显的降解作用。     

多环芳烃微生物降解的研究进展

多环芳烃(PAHs)是一类普遍存在于环境中的难降解的有机污染物。对多环芳烃的来源、分布、危害、处理方法等进行了综述,并对该领域的研究方向进行了展望。     

多环芳烃污染土壤微生物修复技术

微生物降解是环境中PAHs主要的降解方式.介绍了微生物的降解能力、PAHs生物可利用性、电子受体、营养物质、环境因子及植物联合等对微生物降解PAHs的影响,并且对原位处理、异位处理的修复工艺进行了简述.同时,指出今后的治理应重视污染源头控制,完善酶制剂、联合修复等有效的生物修复技术.     

高效多环芳烃降解菌的筛选、鉴定及降解特性分析

多环芳烃(PAHs)是环境中普遍存在的一类高毒且较难降解的有机污染物。筛选高效降解菌,采用微生物降解PAHs,对于消除PAHs的环境污染和毒性具有重要的意义。采用萘平板法初筛、氧化还原酶活性复筛,筛选到3株PAHs高效降解菌,分别命名为B5、sh4、sh2。经16S rDNA基因序列分析鉴定,依次为伯克氏菌(Burkholderia)、罗尔斯通菌(Reutropha)、中华单胞菌(Sinomonas)。降解条件优化结果表明:B5、sh4、sh2均能以萘、蒽、芘为唯一的碳源,120 h内,三个菌株对单一萘(200 mg/L)、蒽(100 mg/L)、芘(50 mg/L)的降解率分别达到81%、65%、53%以上;混合多环芳烃萘(200 mg/L)、蒽(100 mg/L)、芘(50 mg/L)的降解率分别为:82.17%—99.13%、70.76%—87.25%、52.59%—75.07%。PAHs的降解率与其分子量相关,同时PAHs的分子量也影响着菌株B5、sh2的生长活性。相比较而言,菌株B5、sh4、sh2均具有较强PAHs降解能力;菌株B5对PAHs降解效果最佳,可能与其氧化还原酶活性高有关;菌株sh4对芘的耐受力强,具有降解高分子量多环芳烃的潜能。     

多环芳烃对耕种土壤的污染

多环芳烃(PAHs)不仅广泛污染了大气和水,而且也严重的污染了耕种土壤。近100年来,随着矿物燃料消耗量的与日俱增,世界各地耕种土壤中PAHs含量也在逐年上升。鉴于PAHs类化合物中有不少已被确认具有致突变、致癌作用,PAHs对耕种土壤的污染将是人类面临的一大潜在威胁。     

土壤堆制系统中多环芳烃降解作用的研究

用实验室模拟的方法研究了在堆制条件下污染物的初始浓度及堆制材料的C／N质量比对污染土壤中难降解的四环到六环的多环芳烃的降解作用。以超声波萃取－高效液相色谱法对堆制材料中多环芳烃的浓度进行了测定。结果表明，堆制法对6种难降解的多环芳烃都有不同程度的降解作用，降解能力随着环数的增加而降低；多数多环芳烃的去除率随污染物浓度的增加而降低；相同的污染浓度下，堆制材料的C／N质量比为25：1时比40：1时去除率高。在堆制的升温期和高温期，多环芳烃的浓度有所提高，在降温期和腐熟期又有不同程度的降低。     

泡沫阻断协同氧化修复土壤中四氯乙烯和多环芳烃

研究了不同发泡剂(AC-645或蛋白类发泡剂)产生的泡沫对四氯乙烯挥发的阻断效果,以及发泡剂与氧化剂耦合后产生的泡沫对土壤中多环芳烃的氧化去除效果。结果表明,本研究所用泡沫材料既可以抑制四氯乙烯的挥发逸散,又可以氧化去除土壤中的多环芳烃,其中以AC-645发泡材料对四氯乙烯挥发的阻断效果最优,在3 h内对四氯乙烯的阻断效果可维持在95.0%左右,反应24 h后对土壤中多环芳烃的去除率在80.0%以上。混料均匀设计试验发现,最优配比下发泡剂(AC-645)、氧化剂和水的质量分数分别为29.4%、1.2%、69.4%,该配比的泡沫耦合氧化剂修复材料产生的泡沫在30 min时对四氯乙烯的阻断率为94.5%,反应24 h后对土壤中多环芳烃的去除率在87.8%。在最优点处进行验证试验,验证值与预测值的相对偏差为0.11%,表明模型预测准确。     

甜菜与牧草间作对多环芳烃污染土壤的修复作用

通过盆栽试验方法,选择经济作物甜菜和牧草类黑麦草、苏丹草、香根草为供试植物,研究了甜菜与3种牧草分别间作及各自单作对多环芳烃(PAHs)菲、荧蒽、芘和苯并[a]芘污染土壤修复作用。结果显示:经6个月连续两茬种植试验后,所有种植植物的处理中土壤PAHs的去除率均高于无植物种植组,间作种植土壤PAHs的去除率高于单作,黑麦草、苏丹草、香根草与甜菜间作对土壤PAHs的去除率分别达到84.85%、79.96%、84.11%;在土壤污染条件下,间作模式更有利于甜菜生长;种植植物增强了土壤中多酚氧化酶和过氧化氢酶的活性,间作模式下二者活性高于单作4.37%~43.07%,过氧化氢酶较多酚氧化酶对PAHs土壤污染更敏感,可作为关键酶用于评价土壤PAHs污染状况。在不影响农业生产的前提下,修复植物牧草和经济作物甜菜间作种植模式显著提高了土壤PAHs的降解率。     

多环芳烃污染土壤的微生物效应研究现状与展望

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是土壤中典型的持久性有机污染物之一,具有强烈的致癌、致畸和致突变效应.土壤微生物既可以降解有机污染物,修复受污染的土壤,又可以敏感地反映土壤环境质量的变化,在土壤污染修复和生物指示方面应用广泛.该文从土壤环境质量表征的微生物学指标和微生物对土壤污染物的降解与修复两个主要方面,综述了PAHs污染土壤的微生物研究现状,包括微生物活性和多样性作为PAHs污染土壤的生物指示,PAHs高效降解菌株筛选,微生物降解PAHs的途径和修复方法等.针对目前研究中存在的问题,提出了研究展望,旨在为研究土壤微生物对PAHs污染土壤的生物响应机制和修复机理提供参考.     

中药煎煮液对菜心体内5种多环芳烃的净化效果

[目的]分析不同种类中药煎煮液对菜心体内多环芳烃(PAHs)的净化效果,为降低PAHs污染蔬菜风险提供参考依据.[方法]利用萘(NAP)、菲(PHE)、荧蒽(FLT)、苯并(α)蒽(BaA)和苯并(α)芘(BaP)5种PAHs混合液涂抹菜心1d后,再采用板蓝根、大青叶、淫羊藿、银杏叶、麦冬和黄芪6种中药煎煮液分别喷洒菜心植株,7d后检测分析菜心体内5种PAHs含量的残留情况.[结果]使用6种中药煎煮液(浓度分别为50.0、100.0和200.0 g/L)喷洒PAHs涂抹胁迫的菜心后,检测到菜心体内的NAP、PHE、FLT、BaA和BaP含量分别为1.58~1.71、0、0~3.86、1.63~2.15和3.62~5.63μg/kg.6种中药煎煮液对PHE均有显著的净化效果(P<0.05),其中,板蓝根煎煮液对NAP和大青叶煎煮液对BaP的净化效果较明显,淫羊藿煎煮液对FLT的净化效果较佳,100.0 g/L淫羊藿煎煮液对BaA也有一定的净化作用.[结论]中药煎煮液对菜心体内PAHs的净化效果与中药种类有关,与其使用浓度关系不密切,其中以大青叶和淫羊藿煎煮液的净化效果较佳.     

江苏句容地区土壤中多环芳烃的分布特征及来源

以江苏句容地区20个点位的土壤样品为试材,分析了该地区土壤中16种优控多环芳烃（PAHs）污染物的含量特征及污染水平。结果表明,该地区土壤中PAHs总量为5.15～375.19μg/kg,其中Flt含量最高,与西藏、北京、天津、汕头等地区相比,PAHs污染处于中等水平;土壤中PAHs以3环PAHs为主,主要单个污染物为Flt、Phe和Cry;秸秆焚烧、薪柴烹饪、燃煤取暖等人类活动是该地区多环芳烃主要来源因素,个别采样点因靠近交通干道,其多环芳烃主要来源于汽车尾气。     

生物质炭对土壤中PAHs总量及有效性的影响研究

通过24周的土壤培养实验,研究了生物质炭添加量(0.1%、1.0%、2.0%)对土壤中菲和芘的化学可提取总量、挥发量及基于聚甲醛膜(POM)提取的生物有效性含量的影响。结果显示:与对照相比,添加生物质炭使土壤中菲和芘的总量分别下降了15.6%~25.0%和12.8%~30.3%,有效性分别下降了14.7%~37.3%和23.4%~49.8%;培养前6周,添加生物质炭使土壤中菲的挥发量显著减少了70.4%~72.4%,芘的挥发量减少了36.2%~48.9%,此后土壤中菲、芘挥发量趋于稳定,各处理间无显著差异(P0.05)。研究表明,生物质炭在降低土壤中PAHs的总量及有效性含量方面具有剂量效应,但对PAHs挥发量的抑制作用的剂量效应与PAHs的种类有关。     

丝瓜络固定化微生物对土壤多环芳烃吸附-降解作用

以假单胞菌(Pseudomonas sp.SDR4,简称S4)、毛霉真菌(Mucormucedo sp.SDR1,简称S1)为研究对象,采用微生物固定化技术,研究了其对土壤多环芳烃的吸附和降解动力学,并探讨了固定化微生物对土壤多环芳烃的吸附机理及吸附降解关系。结果表明:试验60 d,改性丝瓜络(CK)、死体固定化S1(S1-D)、死体固定化S4(S4-D)、死体固定化S1与S4混合菌(S1+S4-D)对菲(Phe)的动态平衡吸附量分别为5.28、6.82、5.73、7.46μg,对芘(Pyr)的动态平衡吸附量分别为4.17、4.72、4.53、5.00μg,死体固定化微生物对Phe与Pyr的吸附过程均服从于准二级动力学;活体真菌S1、细菌S4、混合菌S1+S4对Phe的动态吸附量分别为2.32、2.01、2.76μg,对Pyr的动态吸附量分别为2.79、2.41、3.14μg,活体固定化微生物对土壤中Phe与Pyr的准一级动力学与准二级动力学拟合结果R2相差较小;S1、S4、S1+S4对Phe的降解率分别为54.34%、61.45%、64.23%,对Pyr的降解率分别为38.42%、35.02%、42.43%;经S1、S4、S1+S4处理后,Phe的降解半衰期分别为38.88、29.41、25.63 d,Pyr的降解半衰期分别为64.76、69.02、59.28 d。研究表明,化学作用是控制丝瓜络固定化微生物对多环芳烃吸附速率的主要因素;提高微生物的降解能力能增加对土壤中PAHs迁移的影响;混合菌中真菌与细菌存在协同作用,能提高Phe与Pyr的降解效率。     

土壤中多环芳烃生物有效性的化学评价方法研究进展

论述了国内外对多环芳烃(PAHs)生物有效性概念的定义及分歧、化学评价方法的发生背景、方法原理、应用范围和优缺点等。根据PAHs在土壤中的环境化学行为,从化学评价方法与生物效应相结合的角度综述了国内外较为常用的PAHs生物有效性的化学评价指标及其研究进展,以期为国内进行相关研究工作提供参考。     

多环芳烃(菲)添加对珠江河口农村和城市河流湿地土壤氮矿化过程的影响

为研究多环芳烃(菲)添加对珠江口河流湿地土壤氮矿化的影响,选取珠江三角洲番禺区的农村河流和城市河流湿地,采用鲜土对两种湿地土壤添加3种浓度的菲(0、15、100 mg·kg-1)进行为期42 d的室内培养实验,分析了两类湿地土壤氮矿化速率以及影响氮矿化过程的脲酶活性及氨氧化古菌(AOA)与氨氧化细菌(AOB)的比例变化。结果表明:土壤氮矿化速率变化范围为-4.885～5.877 mg·kg-1·d-1,氨化速率变化范围为-3.823～4.677 mg·kg-1·d-1,硝化速率变化范围为-4.990～5.369 mg·kg-1·d-1。所有处理中脲酶活性均呈下降趋势,下降比例在26.1%～83.4%的范围内。多环芳烃添加处理组下降比例显著小于无添加对照组(P0.05),而农村河流湿地中的高浓度处理组除外(P0.05)。农村河流湿地中,无添加和高浓度处理下培养后的AOB在氨氧化过程中的占比比培养前减少25.85%和7.31%,低浓度添加则增加36.37%。而菲添加对城市河流湿地AOA和AOB两者比例变化的影响较小。研究表明,除高浓度多环芳烃添加利于城市河流湿地土壤氮矿化外,其他添加实验均显示多环芳烃不利于土壤氮矿化。与对照组相比,多环芳烃的添加对土壤脲酶活性有促进作用(农村河流湿地高浓度处理除外)。在农村河流湿地土壤中,AOB对多环芳烃适应性比AOA更强,低浓度适应性最高,而多环芳烃对城市河流湿地土壤氨氧化微生物群落结构基本无影响。     

植烟土壤和烟叶中多环芳烃的污染特征及污染源解析

【目的】分析贵州松桃县植烟土壤和烟叶中多环芳烃（PAHs）的含量及污染特征,并解析其污染来源,为烟区土壤 烤烟体系的环境评价、PAHs污染修复提供参考。【方法】2020年7月,分别采集贵州省铜仁市松桃县烤烟成熟期40个土壤样品和40个新鲜烟叶样品,测定了16种PAHs含量,分析土壤和烟叶中PAHs的组成特征,并解析其在土壤 烤烟体系中的污染来源。【结果】贵州松桃县植烟土壤中16种PAHs的总含量为166.74~989.43 μg/kg,平均含量为600.77 μg/kg,其中以3~5环PAHs所占比例较高（78.7%）;致癌性的∑₇PAHs含量为70.97~365.71 μg/kg,平均含量为221.13 μg/kg,占16种PAHs总含量的24.5%~62.7%,其中具有强致癌性的苯并(b)荧蒽（BbF）、苯并(k)荧蒽（BkF）和苯并(a)芘(BaP)的平均占比分别为5.18%,5.32%和6.03%;在松桃县烤烟烟叶中,16种PAHs的含量为502.79~2 217.15 μg/kg,平均值为1 011.23 μg/kg,其中4~5环PAHs占75.1%;致癌性的∑₇PAHs含量为293.53~1 730.72 μg/kg,平均含量为707.03 μg/kg,占16种PAHs总含量的56.0%~85.5%;其中具有强致癌性的BbF、BkF和BaP平均占比分别为10.19%,7.78%和39.96%。烟叶中的PAHs平均含量高于土壤。根据欧洲农业土壤中PAHs的控制标准,本研究有50%的土壤样品处于PAHs中度污染水平,45%的土壤样品处于PAHs轻度污染水平。诊断比例法解析表明,PAHs主要来源于当地工业生产活动、车用石油燃烧及煤炭、秸秆、木材的高温燃烧排放,最终通过大气沉降和叶面吸收进入土壤-烤烟体系;此外,烤烟种植和管理中塑料薄膜及肥料的使用也是土壤PAHs累积的重要来源。【结论】工业活动和农膜及肥料的使用,使贵州松桃县土壤 烤烟体系中PAHs出现累积,可能会对当地生态环境和居民（尤其是烟农）健康造成威胁,应当引起足够重视。