低温环境微生物修复技术

生物修复是指利用生物将土壤、水体中的污染物降解或去除，从而修复受污染环境的一个受控或自发进行的过程。生物修复主要是利用天然的或接种的生物并通过工程措施为生物生长与繁殖提供必要的条件，从而加速污染物的降解或去除，使其浓度降至环境标准规定的安全浓度之下。目前生物修复已由细菌修复拓展到真菌修复、植物修复、动物修复和联合修复等以及由有机污染物的生物修复拓展到无机污染物的生物修复。

生物修复中以微生物修复研究得最多，其基本原理是：大多数环境中都存在着天然微生物降解有害污染物的过程，只是由于环境条件的限制，微生物自然净化速度很慢，因此需要采用提供氧气，添加氮、磷营养盐，或接种经驯化培养的高效微生物等方法以强化这一过程。基本措施是：一是环境条件的修饰；二是接种合适的微生物。影响微生物修复的因素主要为环境条件、污染物、微生物三个方面。由于生物修复降解活动的主体是生物，所以其降解效率不可避免地在很大程度上要受环境因子的制约。通风和温度对生物降解速度均有影响，其中温度的影响更大，生物降解在30℃～40℃之间时最为活跃；季节变化对生物降解过程亦有影响；冻土层的存在对生物降解过程有很强的限制作用。

目前微生物修复技术以中温微生物为主。而占地表绝大部分的极地、海洋、湖泊以及高山和高纬度地区的土壤等，其全年平均温度大多在15℃或小于15℃，恰恰是低温微生物的最适生长温度。因此，以低温微生物为主的生物修复技术，在常年低温的极地、海洋、高山或高纬度地区以及若干地区冬季进行污染物的生物降解方面有独到的优势。目前，以低温微生物为主体的低温生物修复技术已成为生物修复技术研究领域的热点。

在寒冷及低温环境条件下，应用低温微生物对石油污染土壤进行修复具有非常好的应用前景。对高山冰川区域长期受柴油污染土壤的生物修复可能性研究发现，施用后土壤中柴油含量大幅度降低。对石油烃污染的极地和高山冻原土壤进行小规模的生物降解实验，证明寒冷条件下烃污染土壤的生物修复是可行的。

对极区石油污染区域的调查表明，石油降解菌在极区的土壤广泛存在，其数量与石油污染程度，其种类主要包括α-、γ-变形杆菌纲和放线菌纲；其降解活性受多种条件制约，如低温、湿度、营养盐、pH和抑制性碳氢化合物等。对北极海洋沉积物石油降解微生物的研究结果也表明了石油降解菌存在的普遍性和多样性，如通过富集培养和分离纯化，从北极海洋沉积物中根据菌落形态学特征分离得到的26株石油降解菌，包含了变形细菌门的γ-变形菌纲和拟杆菌门的黄杆菌纲两大类，其中γ-变形菌纲占绝大多数（92.3%），其中包括假交替单胞菌属、发光杆菌属、希瓦氏菌属、科尔韦尔氏菌属、单胞菌属和盐单胞菌属共6个属的原油降解菌；这些菌株均能在以石油为唯一碳源和能源的无机营养盐培养基中生长，有25株具有胞外脂肪酶活性，表明石油降解与产脂肪酶之间具有良好的相关性。

随着海洋水产养殖业的快速发展，养殖残饵已成为养殖海域的重要污染源之一，低温微生物成为治理海洋养殖水域中有机饲料污染的选择之一。南极低温蛋白酶高产菌株Pseudoalteromonas sp.AN64在0℃～30℃均能生存繁殖，其最适生长温度为10℃；分泌胞外蛋白酶的最适作用温度和pH分别为30℃和9，可有效降解蛋白质，降低海水中的氨氮和亚硝态氮等有害物质。在较低温度的海水养殖环境条件下，深海与极地等来源的低温菌更能有效利用养殖水体的有机物作为自身繁殖的营养源，迅速分解水体的氨氮等有机物质，大幅度降低水体污染、增加溶氧、稳定水质、维持pH的稳定，为健康养殖提供了有效途径。

【注释】

[1]本章由林学政、王晓雪编写。