微生物治理海洋污染

1、微生物治理海洋污染陶攀峰（南师大生科院 09120424）内容摘要: 海洋环境污染问题日益成为全球关注的重要问题，关于海洋污染的治理近年来也有着突飞猛进的发展。特别是利用微生物为主体的生物修复在治理海洋中有毒有害污染物的作用日显重要。阐述了生物修复技术发展的基础、微生物降解作用,强调了生物修复在治理海洋污染环境中应用的重要性,介绍了近年来以新思路、新方法、及海洋微生物的特殊功能与特点对海洋环境中的主要污染物：石油、农药、赤潮灾害与毒素以及病原性微生物等修复作用的新成果。关键词: 生物修复 微生物 海洋污染 一 、生物修复技术发展及其必要性 近年来,随着大量非生物有机化合物合成的生产使用及资源的

2、开发利用,进入环境中的有害污染物越来越多,在环境中长期存在且难以降解。由于这些污染物的潜在毒性、诱导性及生物累积效应,引起各国研究学者的极大重视,极大地促进了生物修复技术的发展和应用。 生物修复，指生物尤其是微生物催化降解环境污染物,减少或最终消除环境污染的受控或自发过程1。生物修复的基础是自然界中微生物对污染物的生物代谢作用。由于自然的生物修复过程一般较慢,难以实际推广应用,因此一般指的是在人为促进条件下的生物修复。与其它物理、化学治理方法相比,如填埋、燃烧等,对于污染物仅是稀释、聚集或不同环境中的迁移作用;化学方法易造成二次污染,而在生物修复作用下污染物转化为稳定的、无毒的终产物如水、CO

3、2、简单的醇或酸及微生物自身的生物量,最终从环境中消失2 目前,生物修复已成为一种新的可靠的环保技术。条条江河归大海,海洋承纳了各式各样的污染物。陆地及淡水水域的污染物质绝大部分可以在海洋中发现。由于其面积广、自净能力强,一直被视为天然的“垃圾箱”。海洋微生物由于数量大、种类多、特异性和适应性强、分布广、世代时间短、比表面积大、在水体自净、污染物生物降解中起着决定性的作用。 然而,随着近年来我国沿海地区工、农业和海洋养殖业的迅速发展以及人口的骤增,大量人工合成的污染物的不合理排放,海上石油的开发等,造成了海洋环境污染的危机,局部海域污染尤其严重,如赤潮发生频率的增加、石油污染、农药的非点源污染

4、加剧等,损害了海洋环境生态系统,威胁到人类的生命健康,当前海洋污染环境治理已势在必行。微生物降解即用微生物把有机物质转化成为简单无机物的现象。自然界中各种生物的排泄物及死体经微生物的分解作用转化为简单无机物。微生物降解作用使得生命元素的循环往复成为可能，使各种复杂的有机化合物得到降解，从而保持生态系统的良性循环。二 、海洋污染的生物修复 （1) 柴油污染的生物修复 柴油是烃类一大污染源,尤其是沿海城乡经济迅速发展地区。柴油作为海上大小船只的主要能源,其溢油所造成环境污染,已成为滨海、河口开发利用亟待解决的重大问题之一。 对此,我们率先在国内开展此研究。研究在实验室条件进行,降解微生物,取自九龙

5、江河口红树林土壤。结果表明:红树林下土壤微生物比无红树林的土壤微生物有更高效和更快速降解柴油的特殊能力。柴油入土后的消失状态,7天后大部分被降解(微生物降解50%),14天后80%被降解(65%),一个月后90%被降解微生物70%以上。红树林土壤中存在着对柴油烃类有效降解菌,有待进一步研究、开发利用1415 （2）石油污染的生物修复 海上石油的开发,各式各样石油加工产品的生产、使用及排放,海上溢油事故等,使得石油污染已成为海洋环境的主要污染物。 据估计,每年约有1000万吨的石油进入海洋环境中。治理石油污染已成为当今各国环境专家的研究热点。微生物降解是石油污染去除的主要途径,在生物降解基础上研

6、究发展起来的生物修复技术,在于提高石油降解速率,最终把石油污染物转化为无毒性的终产物。 治理方法主要有两种:1)加入具有高效降解能力的菌株;2)改变环境因子,促进微生物代谢能力。在许多情况下,生物修复可在现场处理,而对于污染的沉积物,则一般使用生物反应器治理。 大量的研究表明,石油降微生物广泛分布于海洋环境中。 细菌是主要的降解者,如假单胞菌属(Pseudomonas、黄杆菌属) (Flavobacterium)、棒杆菌属(Corynebacterium)、弧菌属(Vibro)、无色标菌属(Achromobacter)、微球菌属(Micrococcus)、放线菌属(Actinomyces)等。

7、 研究表明,细菌对碳氢化合物的降解速率很大程度受海洋环境中低含量的营养盐磷酸盐及含氧化合物所限制。氧化也是石油污染物快速降解的一个重要因素。 碳氢化合物在微生物降解作用下转化成生物体自身的生物量,产生CO2、水及大量的中间产物。石油污染物在海洋环境中存在时间的长短与其数量、结构及环境因素都紧密相关。一种污染物在一个环境中,其存在时间可达数年;而在另一环境中,则有可能在几个小时或几天内完全降解。 对环境中碳氧化合物的自然适应过程的研究是更好应用生物修复技术的前提与基础。 目前,海洋石油污染的生物修复主要是通过改变环境因素,如加入营养盐、肥料或改善污染环境通气状况,以提高微生物的代谢能力,氧化降解

8、污染物,则引入培养的降解菌株,对于成功修复污染环境是非常必要的和有利的,但同时也会引起相应的生态和社会问题,有待于进一步深入地研究。 1969年利比亚油轮泄漏事故,严重污染了海滩环境,破坏了当地的生态系统,碳氢化合物在环境中的归宿问题引起环境学家极大的关注,并展开了大量的研究,其中污染物生物降解起着重要的作用。 1989年,美国环境保护局在阿拉斯加石油泄露事故中,利用生物修复技术成功治理污染环境。从污染海滩分离的细菌菌株与不受污染的分离菌株相比,具有特殊的降解能力;同时,对现场的环境因子进行分析,发现由于营养盐缺乏,微生物降解能力受到限制。 外加入亲油性肥料(InipolEAP222)一段时间

9、后,与没有加入营养盐的对照相比,污染物的降解速率加快了。毒性试验也表明治理后的环境并没有产生负效应,沿岸的海域没有产生富营养化的现象。于是,生物修复技术被推广到整个污染海滩,并取得相当成功。生物修复技术成为治理石油污染的一项重要清洁技术。 （3）农药污染的生物修复 目前,全世界化学农药的年产量已达200万吨(原药),品种已超过1000种,常用的有300多种。我国沿海各县每年使用的农药达18万吨。海洋环境虽然不是农药的直接使用区,但由于水体及大气的传送作用,海洋环境在不同程度上也受到农药的污染,滩涂和沿岸水体尤其严重。经常被检出的有机氯农药主要有DDT、六六六、艾氏剂等。 其中DDT,据估计全世

10、界生产的大约有25%已被转入海洋,虽然有的国家已禁止使用或停止生产,但因其在环境中十分稳定,不易被分解,易被海洋生物吸收,累积,毒性又较大,污染也较严重。DDT的主要代谢机制是还原去氯,转化成DDD(TDE),进一步的降解机制尚不清楚。DDD的毒性强于DDT,因此寻找能降解DDD的高效菌,对于治理污染环境是非常必要的。 （4）赤潮灾害的生物防除 赤潮是在一定的环境条件下,海水中某些浮游植物、原生动物或细菌在短时间内突出性增殖或高度聚集引起的一种生态异常,并造成危害的现象。 随着人类活动的增加,海洋污染的加剧,沿海海域的赤潮现象日益频繁,对海洋水产和整个海洋环境产生严重的负面影响,直接或间接地影

11、响了人类自身的生活景观、经济生产,威胁到人类的身体健康和生命安全。日本濑户内海70年代初平均每年发生赤潮326次,80年代以来,经治理,平均每年仍发生赤潮170200次。福建省19891991年的三年间共发生赤潮12起,其中4起造成鱼、贝类大量死亡,损失达数千万元。 1998年粤港、珠海万山群岛等海域发生赤潮,导致养殖业遭受数亿元的损失。寻求赤潮防治途径是目前世界上热门的研究课题。 目前对赤潮的防治,主要是采取化学方法。化学方法防治虽可迅速有效的控制赤潮,但所施用的化学药剂给海洋带来了新的污染。 因此,越来越多的人将目光投向了生物防治技术。 关于生物防治,有人建议投放食植性海洋动物如贝类以预防

12、或消除赤潮,这看起来是一条有效的途径,但不能不考虑到有毒赤潮的毒素会因此而富集在食物链中,可能产生令人担忧的后果。 因而更多研究者把目光投向微生物的修复作用。 近期,国外发现了一种寄生在藻类上的细菌,它们专性地寄生在这些藻类的活细菌中,可逐渐使藻类丝状体裂解致死;某些假单胞菌、杆菌、蛭弧菌可分泌有毒物质释放到环境中,抑制某藻类如甲藻和硅藻的生殖;细菌亦可直接进入藻细胞内而使藻细胞溶解,有研究者从水体中的铜绿微囊藻中分离出一种类似蛭弧菌的细菌,这种细菌能够进入铜绿微囊藻的细菌并使宿主细胞溶解。 有研究也表明病毒在赤潮的生消中起着重要的作用。 因此,利用微生物如细菌的抑藻作用及赤潮毒素地有效降解作

13、用,使海洋环境保持长期地可靠的生态平衡,从而达到防治赤潮的目的,就可避免上述缺点,这也是微生物防治的优越性。 赤潮灾害及其污染的生物修复的可能途径:一方面,在赤潮衰亡的海水中,分离出对赤潮藻类有特殊抑制效果的菌株;另一方面,采用基因工程手段,将细菌中产生抑藻因子的基因或质粒引入工程菌如大肠杆菌,并进行大规模生产可能是生物防治的有效出路。 （5）海洋环境中病原菌污染的生物修复 病原微生物的污染是一类重要的海水污染类型。一类是海域原来存在的有毒微生物类群,另一类是人类生活和生产中排出的废水、污水中含有大量的病原微生物。它们在一定条件下,可造成海水环境严重污染,甚至引起疾病流行,严重危害人类健康。三

14、 、结论 生物修复是治理海洋环境污染、海洋生态系统功能紊乱的一副防治结合良药,费用低、副作用少;污染前预防,污染后治理。但正象许多疾病一样,应对症下药,对于不同的污染物应采取不同的生物修复方案。成功应用生物修复技术是建立在一系列数据分析的基础上,主要有三方面的因素:1)污染物;2)可降解的微生物;3)相关的环境因子。同时,目前生物修复技术推广应用也还存在许多问题,这些前面已有讨论,但仍是很有发展潜力的环境清洁技术。为进一步提高生物修复的治理效果,获得海洋环境污染治理新突破,其发展前景在于采用新工艺手段,生产易于生物降解的化合物,合成具有特殊降解能力的工程菌,从而减少污染物在环境中的累积、转移,

15、保持生态系统的平衡,实现海洋环境的可持续发展。 参考文献:1郭楚玲,郑天凌,洪华生 <海洋环境科学>2000,19(3):24-29 2郭楚玲,哈里德,郑天凌海洋微生物对多环芳烃的降解 台湾海峡,2001,20 (1):43-( 47) 3蔡立哲,洪华生,邹朝中 台湾海峡南部海洋线虫种类组成及其取食类型 台湾海峡,2000,19(2):212- 2174蔡立哲,厉红梅,邹朝中。厦门钟宅泥滩海洋线虫的种类组成及其多样性 厦门大学学报自然科学(版),2000,(395):669-6765蔡立哲,厉红梅,邹朝中。深圳河口福田泥滩海洋线虫的种类组成及季节变化J。生物多样性,2000,8 (4):385- 3906郑天凌,薛雄志,李福东,等。海洋微生物在环境生态中的作用J。海洋科学,1994(3):35- 38 217:131- 156。7庄铁城,林鹏。红树林下土壤微生物对柴油的降解J。厦门大学学报自然科学版,1995,343:442-4468鄢庆枇,林良牧,等。海洋微生物对甲胺磷农药的降解作用 台湾海峡,1999, 181:95-999徐美珠,庄铁城,郑天凌, 红树林区细菌对甲胺磷农药的降解 海洋学报,2000,22(增刊):300- 30510庄铁城,张瑜