石油污染土中微生物的分离鉴定及降解特性研究
​崔迪
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​崔迪,. 石油污染土中微生物的分离鉴定及降解特性研究[J]. 生物技术研究,2023.1. DOI:10.12721/ccn.2023.157007.
摘要:
以LB培养基为实验基质,从石油污染土里面抽取石油降解菌,完成鉴定,接着开始测定出石油降解率,按照培养温度、时间以及pH值这几个指标对5种石油降解性能良好的菌株,依次完成单因素试验,根据试验结果完成正交试验,从中筛选出降解性能相对良好的菌株,明确菌株降解石油最为理想的条件。实验结果:分离获得的这9种菌株,都表现出卓越的降解性能,5菌属(铜绿假单胞菌、假单胞菌属、苍白杆菌属、博得特氏菌以及戈登氏菌),其最理想的条件归结为:培养温度32℃,pH值7.0,时间20h,石油降解率分别是70.12%、76.42%、75.66%、77.50%还有73.22%。
关键词: 石油污染土微生物降解特性
DOI:10.12721/ccn.2023.157007
基金资助:

1材料与方法

1.1土壤样品

石油污染土均源自徐州某输油站库,图1为采集到的土样,抽取表层2~15cm的污染土。

图片1.png1.png

1.2培养基

LB培养基:酵母浸出粉5g/L,胰蛋白陈 10g/L,氯化钠10g/L,琼脂 15g/L,共同配制200mL,将pH值更改为 7.0,121C条件下灭菌 20min。

降油培养基:NaC1 10g,NH4C1 0.50g,KH2P04 0.50g,K2HP04 1.0g,MgS04 0.50g,CaC12 0.1g,KC1 0.10 g,FeS04·7H20 0.01g,蒸水 1000L,95号石油4g,H值7.2,121C灭菌20min。

1.3实验方法

1.3.1菌种的分离与鉴定

称石油污染土1.0g,将其倒入一根试管内(已装满9.0mL刻度的无菌生理盐水),转入漩涡混合器中完全地混匀。以梯度稀释法来逐步稀释,稀释后的梯度依次是10-2、10-3、10-4以及10-5。从10-3、10-4、10-5中分别吸取20μL剂量的稀释液,同时将培养基置于32℃条件的培养箱中进行倒置培养,时间24h。结束后,仔细观察菌落形态,从中抽选形态不一样的单菌落,转入固体培养基内进行接种,如此反复。将纯化完毕的菌株,倒进培养基斜面上开始接种,接着培养大概24h,放入一个4℃冰箱内进行存储。对菌种各自的DNA加以提取,同时开始PCR扩增,得到1500bp条带,以Sanger法进行逐步测序,将得到的结果和GenBank数据库加以对比,找到菌株对应的类别。

1.3.2优良降解菌株的筛选 

将纯化后得到的菌种,转入一个LB培养基中开始接种,刻度为200mL,32℃、180r/min再次培养,进行24h,以600nm为界限,检测菌液此时的吸光度。吸取2mL菌液,倒进一个200mL降油培养基中重新开始接种,32℃、180r/min继续培养,2、4、6d接连检测培养基中具体的石油含量,计算对应的石油降解率。各菌种都要先后接受3组平行试验,取均值,对石油降解能力较高的菌种予以筛选。

1.3.3石油降解率的测定方法

将降解完毕的培养液放入一个离心机中(100r/min),20min之后就需要吸取其中的上清液,转入其他锥形瓶,每1L上清液中需要掺加5mL硫酸予以酸化,掺加40mL刻度的石油醚,提取培养基里面剩下的石油,并测定它的质量。

1.3.4菌种降解性能的测定

1)单因素试验 基质需要选定为LB培养基,结合表1显示的实验方案,分别培养菌种。20h后,从中吸取20μL菌液将其掺加至降油培养基中,再次培养6d,测定出培养基里面的残余石油含量,同时计算最后的石油降解率。

2)以单因素试验为依据,对石油降解能力较高的菌种,完成正交实验。根据实验方案设定的培养条件,完成培养。借助Design-expert软件,分析实验结果,明确菌种降解石油最为适宜的培养条件。

2结果与分析

2.1石油降解菌的分离与鉴定

试验分离得到的9株菌株,菌1~菌9,观察9种菌各自的特点,分离纯化后完成生理生化实验。根据NCBI网站(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)里面的Blast来对已知序列、测序结果加以比对,明确相似度,结果如下:菌1、2、3分别是铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),假单胞菌属(Pseudomonas),苍白杆菌属(Pleurobacter),4、5、6分别为博得特氏菌属(Bordetella),戈登氏菌属(Gordonia),同温层芽孢杆菌(Bacillus)还有菌洛菲不动杆菌(Acinetobacter),此外就是还有琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii)等,它们的相似率都不低于99.9%。

2.2优良降解菌的筛选

培养6d,计算9株菌各自的石油降解率,表1。

表19株菌在6d后显示的石油降解率

2.png

从表3看出,菌1、2、3、4、5各自的石油降解率均在60%以上,可见菌1、2、3、4、5有能力对石油进行降解,意味着铜绿假单胞菌、苍白杆菌属还有博得特氏菌属等都可以对石油进行快速降解。同时,这5种菌也没有半点致病性,不会污染环境。

2.3菌株降解性能的测定

2.3.1单因素试验结果

从图1看出,关于5种菌,温度对石油降解率表现出类似的影响。当温度低于35℃,温度上升后,石油降解率也会逐步上升。当温度超出35℃,石油降解也会逐渐下降。对这5种菌而言,35℃相对也比较适宜。

 3.png

图1不同培养温度下石油降解率的曲线图

从图2看出,pH值对石油降解率表现出一致的影响。当pH=7.5时,菌4石油降解率也会接近峰值,其他4种菌,当pH=7时,其石油降解率同样也会达到最大值。

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图2不同pH值下石油降解率对应的曲线图

经过24h的特定培养,菌1降解率处于最大值,大于24h后逐步降低。20、24h,其石油降解率相对比较平稳。不过,超出24h之后再次降低,剩下3种菌,在培养20h时都会接近于降解的最大值。

5.png

图3培养时间对5种菌石油降解率的影响

2.3.2正交实验结果

根据单因素试验,正交实验如表2。

6.png

按照正交实验方案来开展实验,测定各组的残余石油量,并计算出石油降解率,如表2。

根据软件分析,5个模型各自的F值依次是91.75、2042.52、14452.75、1091.50和79620.51,P值均未超过0.0001,提示回归方程十分显著,其失拟项均不明显。可见,5个模型均表现出不错的模拟性。

利用Design-Expert 8.0.6软件,对5个模型进行计算,结果如下:菌1,其最佳培养温度、PH值分别是32.14℃、7.00,最理想的培养时间20.12h。据此,石油降解率达到70.1674%;菌2,其上述指标分别是32.00℃,7.01和20.07h,由此得到算出石油降解率理想值为76.4168%;菌3,各项指标依次为32.03℃、7.00和20.05h,石油降解率最终是75.6766%;菌4,各项指标依次是31.84℃、6.97、19.84h,由此得到石油降解率77.5246%;菌5的各项指标分别是32.02℃、7.00和20.06h,其降解率达到73.2506%。

实践中,上述最佳条件下显示的参数没有办法实现。由于因素对结果没有过多的影响,故作如下变动:菌1,将培养温度更改为32.1℃,时间为20h。根据上述条件,石油降解率最终为70.17%;菌2,将pH值更改为7,时间20h。根据此条件来开展实验,得知石油降解率最终为76.42%;菌3,将其培养温度更改为32.0℃,时间20h,根据此条件,其降解率达到75.66%;菌4,温度31.8℃,pH值7.0,时间20h,根据此条件,石油降解率最终是77.50%;菌5,将培养温度更改为32℃,时间20h,根据此条件,石油降解率最终显示为73.22%。

3 结论

1)本次石油污染土分离而来的菌种共有9种:铜绿假单胞菌、博得特氏菌属以及戈登氏菌属,同时包括同温层芽孢杆菌、洛菲不动杆菌还有琼氏不动杆菌等,对石油有不错的降解能力。

2)经筛选,得到石油降解能力相对较高的5种菌,分别为铜绿假单胞菌、博得特氏菌属还有戈登氏菌属等,它们的石油降解率都不低于60%。

3)5种降解能力相对较强的菌降解石油,其最佳培养条件依次是:假单胞菌属、苍白杆菌属、铜绿假单胞菌或是博得特氏菌属,其最佳温度都是32℃;pH值都是7.0;时间20h。铜绿假单胞菌、假单胞菌属、苍白杆菌属、博得特氏菌包括戈登氏菌这几个菌种,其石油降解率依次是70.12%、76.42%、75.66%、77.50%以及73.22%。同时,5种菌都不会对人体产生任何的致病性,没有环境污染,能够为生物修复筛选和提供适宜的菌种。

参考文献:

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[3]张楠,陈波水,杨致邦,等.润滑油降解菌的分离、鉴定及降解特性[J].环境科学研究,2021,23(6):748-753.

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