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随着海洋石油开采及海上油运的发展,溢油事故频频发生,造成严重的海洋石油污染。石油污染给海洋环境和海洋生态系统带来了严重的危害,直接或间接的影响着人类的生存和可持续发展。目前国际上常用的治理方法主要有物理、化学和生物处理法三类,其中生物修复技术由于具有原位处理、不产生二次污染等优点,展现出良好的应用前景。微生物在海洋溢油的生物修复中发挥了至关重要的作用,如何筛选并构建高效石油降解菌已成为国内外研究的热点。在微生物降解石油过程中,通常是由烷烃羟化酶基因(alkB)及其编码的烷烃羟化酶启动了烷烃的降解,烷烃羟化酶也是整个降解途径中的关键酶。因此,对烷烃降解菌和烷烃羟化酶基因的研究对于了解石油降解菌的降解机制,完善生物修复技术具有较高的理论和应用价值。
本文以石油为唯一碳源,从胜利油田滩涂、南海及黄海沉积物、青岛沿岸河口及近海潮间带地区8个站点筛选出42株细菌,它们属于18个不同的属,其中γ-变形菌纲(64%)和α-变形菌纲(19%)较为丰富,其次为放线菌纲(10%),黄杆菌纲(5%)和β-变形菌纲(2%)。通过单菌石油降解能力验证,发现存13株菌具有较强的石油乳化和降解能力,包括Halomonas菌(5株),Marinobacter菌(2株),Psychrobacter菌(2株),Sphingomonas菌(2株),Alcanivorax菌(1株),Thalassospira菌(1株)。这13株菌对石油的降解率在80.3%~85.5%之间,均能降解短链及长链烷烃,其中菌株SL4C具有降解萘和菲的能力;这13株菌均有一定降低水油界面张力的能力,添加降解菌的样品测得的表面张力在31.56~47.13 mN/m之间,明显低于对照样品的表面张力(55.46 mN/m)。结合PCR-DGGE技术对胜利油田滩涂区进行菌群多样性分析,发现该区优势菌群有γ-变形菌纲(61%)、ε-变形菌纲(11%)、放线菌纲(11%)、黄杆菌纲(11%)和α-变形菌纲(5.5%)。
基于石油降解菌降解特性以及胜利油田菌群多样性分析,挑选9株石油降解菌构建3个降解菌群,通过平板计数及PCR-DGGE技术动态监测菌群结构变化,结果显示降解菌间存在明显的相互抑制和协同作用:芳烃降解菌SL4C较难与其他降解菌配伍使用,同菌属间拮抗作用较小。3个降解菌群对石油的降解率在90.1%~93.8%之间,高于单菌对石油的降解率。
设计4对引物扩增一株海杆菌(Marinobacter sp. P1-14D)的烷烃羟化酶基因,得到alkB1(801bp)和alkB2(1302bp)两条基因片段。其中alkB1与Marinobacter。aquaeolei VT8 alkB2相似度98.25%,氨基酸相似度98.50%;alkB2与M aquaeolei VT8 alkB1相似度99.01%,氨基酸相似度99.77%。AlkB1和alkB2与已知alkB基因编码的氨基酸序列具有较高的同源性,均含有烷烃羟化酶的四个保守基序(His-1、His-2、HYG和His-3),组成一个8组氨酸区域,该区域相对保守而且包含了烷烃羟化酶活性中心结构的重要信息。