石油污染土壤的微生物修复
一、降解石油烃类化合物的微生物种类
自然界中能够降解石油烃类污染物的微生物种类有数百种，70多属，主要是细菌、真菌和藻类三大类型的生物。
表1 石油烃降解微生物种属
细菌真菌藻类
无色杆菌属枝顶孢属双眉藻属
不动杆菌属曲霉属鱼腥藻属
芽孢杆菌属金色担子菌数小球藻属
色杆菌属假丝酵母属衣藻属
诺卡氏菌属镰刀霉属念珠藻属
放线菌属青霉菌属紫球藻属
………
按照分子生物学和遗传学分类，可将降解石油污染物的微生物分为土著微生物和基因工程菌两大类。
二、产生表面活性剂的微生物
生物表面活性剂是微生物在一定培养条件下产生的一类集亲水基和疏水基于一体、具有表面活性的代谢产物。
分类典型产物
中性脂类甘油单脂、聚多元醇、其他蜡脂
磷脂/脂肪酸磷脂酰乙醇胺
糖脂糖酯、糖醇酯、糖苷
含氨基酸脂类脂氨基酸、脂多肽、脂蛋白
聚合型脂多糖、脂-糖-蛋白复合物
特殊型全胞、膜载体、Fimbriae
生物表面活性剂优点：1较低的表面张力和界面张力；2无毒或低毒，对环境友好；3可生物降解；4极端环境（温度、pH、盐浓度）下具有很好的专一性和选择性；5不致敏、可消化、可作为化妆品和食品的添加剂；6结构多样，可用于特殊领域
三、微生物降解石油的机制
1.微生物吸收疏水性有机物的机理
图1 微生物吸收疏水性有机污染物的4种摄取途径微生物吸收疏水性有机物的模式有4种：1微生物吸收其附近溶解于水相中的烃类；2细胞直接与石油烃接触。
这种作用可以通过改变菌毛或细胞表面的疏水性部分的改造进行调控，提高对有机物的吸附；3通过细胞直接与分散在水相中的石油烃的微米或亚微米液滴接触来吸收；4强化吸收模式，即由于细胞产生的表面活性剂或乳化剂使烃的水溶性增强，微生物表面的疏水性更强，使细胞与烃接触。
丝状真菌主要通过菌丝的吸收作用摄取石油烃。
2.微生物细胞膜转运烃机理
微生物对有机化合物的降解作用是由细胞酶引起，整个过程可分为3个步骤。
首先化合物在微生物细胞膜表面吸附（动态平衡过程）；其次吸附在细胞膜表面的化合物进入细胞内；最后化合物进入细胞膜内与降解酶结合发生酶促反应（快速过程）。
参与第1个步骤还有表面活性剂。
石油进入细胞方式：非特异性接触，被动运输方式。
3.微生物降解石油的机制
石油类物质+微生物+O
2+营养物质→CO
2
+H
2
O+副产物+微生物细胞生物量
微生物利用石油烃类作为碳源和能源，经过一系列氧化、还原、分解、合成等生化作用，将石油污染物最终矿化为无害的无机物的过程。
途径：烷烃→醇→醛→脂肪酸→β氧化乙酸盐→CO
2+H
2
O+生物量
四、典型石油烃的降解途径
1.链烃的降解
链烃的最初降解作用有4种氧化方式：但末端氧化、双末端氧化、次末端氧化、支链脱氢。
1）直链烷烃的降解
图1 直链烷烃的降解图2 烷烃的厌氧氧化脂肪酸通过β氧化降解成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环，分解成CO2和H2O，并释放能量，或进入其他生化过程。
小于C10的短链烷烃具有较强的溶解性、毒性、挥发性，污染环境中很少发现，除甲烷外需要共代谢进行降解；C10～C24的中长链烷烃在好氧条件下最易被微生物降解（土壤中高达20%的微生物群体能够降解烃类）；长链烷烃不易降解。
2）支链烷烃的降解
通常直链烷烃比相应碳数的支链烷烃难以降解，只有很少的微生物可以利用这些烷基分支的化合物作为唯一碳源和能源。
支链脂肪酸代谢途径：ω氧化和β氧化。
微生物对支链烷烃的降解机制与直链烷烃大致相同。
相对于正构烷烃，支链烷烃中支链的存在会增加微生物氧化降解的阻力，但主要氧化分解的部位是在直链上发生，且靠近侧链的一端难被氧化。
3）环烷烃降解
环烷烃的降解与和链烃的亚末端氧化降解途径相似。
混合功能氧化酶（羟化酶）氧化产生环烷醇，然后脱氢得醇，然后脱氢得酮，进一步氧化得内酯，或直接开环，生成脂肪酸。
图3 环己烷降解反应
2.芳香烃的降解
细菌和真菌都能氧化芳烃，但氧化机制不同。
细菌通过氧化物酶将氧分子的两个氧原子结合近芳香烃中形成顺式构型的二氢二醇，后者在另一种过氧化物酶的催化下，芳香烃破裂成邻苯二酚。
真菌通过催化单氧化酶和环氧化物水解酶使芳香烃转化为反式构型的二氢二醇。
1）单环芳烃的降解
图4 苯的两种生物降解途径
2）多环芳烃的降解
多环芳烃的生物降解途径：第一个环经羟基化开环后进一步降解为酮酸和CO2，然后第二个环以同样的方式分解。
图5 萘的降解途径
图6 菲的降解途径
3.石油烃的厌氧代谢降解过程及机制
石油烃的降解在好氧环境和厌氧环境均能进行，在厌氧条件下烃类的降解速率有所下降，而且降解的种类也有所减少。
石油烃的厌氧降解依赖延胡索酸生成芳基琥珀酸及烷基琥珀酸的过程（下图），之后方剂琥珀酸或烷基琥珀酸的降解依据底物不同而遵从不同的途径。
图7 石油烃厌氧降解的起始过程
五、微生物修复影响因素
1.石油组分
微生物可降解所有微生物组分，生物降解难以程度为支链烷烃>直链烷烃>单环烷烃>多环芳烃>杂环芳烃。
2.氧气
石油的好养微生物降解过程需要大量的电子受体，主要为溶解氧和NO3-，缺
2-作为电子受体，但降解速率降低。
氧条件下，厌氧微生物可利用Mn5+、Fe3+、SO
4
3.营养盐
C:N:P=100:10:1时最适合烃类的微生物降解，还需铁、镁等元素。
4.温度和盐度
5.pH
6.表面活性剂
7.共代谢作用。