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油泥的生物表面活性剂洗脱与植物修复研究

作　者: 王殿玺
导　师: 韩正敏；骆永明
学　校: 南京林业大学
专　业: 微生物
关键词: 油泥生物表面活性剂洗脱植物修复植物促生菌石油组分分析
分类号: X741
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

石油污染是指在石油的开采、炼制、贮运、使用过程中,原油和各种石油制品进入环境而造成的污染。随着石油的生产和消费量的不断增大,石油类物质进入环境造成的污染问题日益严重。石油泄漏渗入土壤后,积累的油类物质将破坏土壤结构,影响土壤通透性,损害植物根部,阻碍根的呼吸与吸收,对土壤植物和土壤微生物生态系统,甚至地下水都产生危害,严重影响土壤生产力和农作物产量。另外,石油污染土壤中的污染物还可通过农作物进入食物链,对人类造成危害。因此,污染土壤的修复是急需解决的问题,对人类生存和社会持续发展有着重要意义。本论文针对不同浓度石油污染土壤(含油污泥),开展生物修复技术研究,为石油污染土壤修复提供有力的技术支撑,研究结果如下：1.利用柱层析的方法对含油污泥中石油组分进行了层析分离,分别得到了饱和烷烃、多环芳烃等。随后通过气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)优化出最佳出峰条件,对提取出原油中的饱和烷烃和多环芳烃进行分析,建立起对各组分定性和同时用峰面积归一法定量的方法,为以后的修复效果测定奠定基础。2.对实验室已经分离到的能够产生脂肽类生物表面活性剂的菌株——解淀粉芽孢杆菌Bz6-1进行了培养条件的研究：在VGPA液体培养基中培养9 h,发酵液表面张力降低到31mN m-1；培养15 h进入稳定期；在培养基条件优化时,得到蜂蜜为最佳碳源,蛋白胨为最佳氮源,在pH为8,25℃时表面张力最低；在油泥洗脱研究时,用油含量为33.9%油泥样品进行了多次不同方案的洗脱试验,最后确定用Bz6-1产生的脂肽表面活性剂进行洗脱,并同时加入电解质(NaCl),经过试验发现,用脂肽洗脱油泥后,上层油回收率达到80.9%,洗脱率89.7%,残油率3.4%。多次结果证实,用该表面活性剂处理高含油量的油泥,处理效果良好。3.在4个月的植物修复研究中,栽种植物油泥中的油含量均比对照要低,且栽种不同的植物,油含量都有降低,修复结束时对照、高粱、玉米、高羊茅、苜蓿、大豆,降解率分别为13.7%、20.1%、23.1%、26.6%、28.5%、34.2%,其中栽种高羊茅、苜蓿和大豆的处理中的含油量要显著低于对照(p<0.05)。但在修复后期(60-120 d),苜蓿开始大面积死亡,而在后来多次试验发现,同样的油泥样条件下,高羊茅比大豆更能忍受油盐毒害,因此,认为高羊茅是合适的修复植物。4.实验以ACC为唯一氮源,采取富集定向筛选法,从胜利油田油污染土样和高羊茅植物的根际土中分离得到60余株细菌,其中SL-14、SL-20、SL-50 3株菌为含1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶的植物促生菌(PGPR)。随后,结合菌落形态、显微观察、Biolog以及16S rDNA序列分析,对这3株菌进行了初步鉴定,它们分别为产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)、克雷伯氏菌属某种(Klebsiella sp.)和假单胞菌属某种(Pseudomonas sp.)。另外,通过促生菌产生a-丁酮酸的量和BioRad蛋白质微量测定法对3株促生菌的ACC脱氨酶活性进行定量测定,SL-14、SL-20、SL-50菌的酶活性分别为0.5 umg-1、0.35 umg-1、0.4 umg-1。生长曲线表明,3株菌在TSB液体培养基中培养9h就进入稳定期,稳定期较长,在培养48h后,仍然未出现衰落的迹象。最后,经培养皿发芽实验,考察了不同盐分(0、0.3、0.5、0.7%NaCl)条件下植物促生菌对燕麦、黑麦草高羊茅的促生效应。结果表明在不同的盐浓度下促生菌SL-14、SL-20、SL-50处理种子后,和对照之间,种子的发芽率没有显著变化,造成这一结果的最主要原因是与种子个体之间的自身质量有关。但在不同的盐浓度下促生菌对燕麦、黑麦草芽长有显著的促进作用(P<0.05)存在显著性差异,其中SL-50处理后的芽长最长；在同样的处理下,高羊茅经促生菌SL-50处理后的芽长最长,但和CK之间无显著性差异。以上研究说明用具有ACC脱氨酶活性的菌株在一定程度内可以有效提高燕麦、黑麦草、高羊茅的耐盐性,但同一种促生菌对不同的植物效果可能不同。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-6
Abstract  6-10
前言  10-12
第一章文献综述  12-25
  1.1 石油污染及修复概述  12-13
  1.2 生物表面活性剂与石油污染修复  13-16
    1.2.1 生物表面活性剂定义  13
    1.2.2 生物表面活性剂在石油污染修复与石油开采中的应用  13-15
    1.2.3 生物表面活性剂种类  15
    1.2.4 产生物表面活性剂的微生物  15-16
  1.3 石油污染土壤的植物修复  16-19
    1.3.1 植物修复概述  16
    1.3.2 植物修复研究进展  16-19
  1.4 植物促生菌及其在石油污染植物修复中的作用  19-22
    1.4.1 植物促生菌简介  19
    1.4.2 促生菌的促生机理  19-20
    1.4.3 植物促生菌与石油污染土壤修复  20-22
  1.5 植物根系与微生物对石油污染土壤的修复  22
  1.6 本论文的研究目的和内容及技术路线  22-25
第二章石油污染土壤(油泥)中石油组分的分析  25-36
  2.1 引言  25
  2.2 材料与方法  25-28
    2.2.1 主要仪器  25
    2.2.2 试剂  25-26
    2.2.3 实验用油泥  26
    2.2.4 方法  26-28
  2.3 结果与分析  28-35
    2.3.1 油泥样组分分析研究结果  28-29
    2.3.2 饱和烷烃标样GC-MS图谱  29-32
    2.3.3 多环芳烃标样GC-MS图谱  32-35
  2.4 小结与讨论  35-36
第三章解淀粉芽孢杆菌培养条件的优化和对高含油量油泥的洗脱研究  36-47
  3.1 引言  36
  3.2 材料与方法  36-39
    3.2.1 主要仪器  36
    3.2.2 菌株与培养基  36
    3.2.3 生长曲线的测定以及与表面张力的关系  36-37
    3.2.4 培养基发酵条件优化  37
    3.2.5 脂肽类表面活性剂的研究  37-38
    3.2.6 油泥理化性质的测定  38
    3.2.7 脂肽对油泥的洗脱研究  38-39
  3.3 结果与分析  39-46
    3.3.1 解淀粉芽孢杆菌的生长曲线与发酵液表面张力的关系  39
    3.3.2 解淀粉芽孢杆菌培养基条件优化结果  39-43
    3.3.3 脂肽表面活性剂临界胶束浓度(CMC)的测定结果  43-44
    3.3.4 脂肽对油泥的洗脱研究  44-46
  3.4 小结与讨论  46-47
第四章低含油量石油污染土壤的植物修复与植物促生菌(PGPR)的筛选  47-67
  4.1 引言  47-48
  4.2 材料与方法  48-51
    4.2.1 主要仪器  48
    4.2.2 低含油量石油污染土壤的植物修复设计  48
    4.2.3 植物促生菌的筛选方法  48-49
    4.2.4 植物促生菌的酶活测定方法  49
    4.2.5 植物促生菌DNA的提取及16S rDNA的扩增  49-50
    4.2.6 植物促生菌的生长曲线的测定方法  50
    4.2.7 植物促生菌对盐胁迫下种子发芽的测定  50-51
  4.3 结果与分析  51-65
    4.3.1 油泥基本理化性质测定结果  51-52
    4.3.2 植物修复后各处理中含油量变化  52-53
    4.3.3 含ACC脱氨酶的PGPR的分离  53-54
    4.3.4 分离菌株的ACC脱氨酶活性确定  54-55
    4.3.5 分离菌株的16 S rDNA和Biolog鉴定  55-58
    4.3.6 植物促生菌生长曲线的测定  58
    4.3.7 植物促生菌在盐胁迫下对燕麦、高羊茅、黑麦草的抗逆测定  58-65
  4.4 小结与讨论  65-67
全文结论与讨论  67-71
参考文献  71-80
详细摘要  80-83

油泥的生物表面活性剂洗脱与植物修复研究

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