全 文 ：第 4卷　第 9期 环境 工 程学 报 Vol.4 , No.9
2 0 1 0 年 9 月 ChineseJournalofEnvironmentalEngineering Sep.2 0 1 0
鼠李糖脂对不同菌株降解柴油污染物的影响
李玉瑛　李　冰
(五邑大学化学与环境工程学院 ,江门 529020)
摘　要　通过一系列实验分析了鼠李糖脂对柴油污染物生物降解的影响。单菌株柴油降解实验结果表明 , 在添加生
物表面活性剂鼠李糖脂后 ,各菌株细胞表面疏水性均发生不同程度的增加 ,并且对柴油的降解率均有所提高。在混合菌的
柴油污染物降解实验中 , 发现当向土壤中添加了 200mg/L鼠李糖脂时 ,对柴油的降解才有较大的提高;而当添加 100 mg/L
的鼠李糖脂到水体中时 , 对柴油的降解就有较大的提高 , 而当鼠李糖脂浓度提高为 200 mg/L时 , 柴油的降解率却没有进一
步明显的提高。这说明鼠李糖脂对柴油降解的影响程度不仅与环境介质有关 , 还与添加的鼠李糖脂浓度有关。进一步分
析表明 , 添加适当浓度的鼠李糖脂不仅可以提高对柴油的降解率 , 而且可加速其降解速度 , 缩短生物修复所需时间。
关键词　柴油污染　鼠李糖脂　生物降解　环境介质
中图分类号　X506　　文献标识码　A　　文章编号　1673-9108(2010)09-2088-05
Influenceofrhamnolipidonbiodegradationofdiesel
polutantsbydifferentisolates
LiYuying　LiBing
(SchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering, WuyiUniversity, Jiangmen529020, China)
Abstract　Theefectofrhamnolipidonthebiodegradationofdieselpolutantswasanalyzedthroughaseries
oftests.Theresultsindicatedthattherewasanincreaseatdiferentlevelsofcelsurfacehydrophobicityand
dieselremovaleficiencyforbothsixisolateswiththeadditionofrhamnolipid.Duringthedieselbiodegradation
testsinsoilmediumbymicrobialconsortium, therewasadistinctenhanceofdieselremovaleficiencyuntilwith
theadditionof200mg/Lrhamnolipid.Butwhen100mg/Lrhamnolipidwasaddedinthedieselbiodegradation
testsinwatermediumbymicrobialconsortium, theremovaleficiencyofdieselimprovedsignificantly, andthere
wasnofurtherdistinctimprovementwhentheadditionofrhamnolipidwasincreasedto200mg/L.Thisindicatied
thattheefectsofadditionrhamnolipdondieselbiodegradationdependedonboththediferentmediumandthe
concentrationofrhamnolipdadded.Andthepropertyconcentrationofrhamnolipidaddedinthemediumcould
enhancethebiodegradationeficiencyofdieselpolutants, speedupthebiodegradationrateandshortenthetime
foroilremediation.
Keywords　dieselpolution;rhamnolipid;biodegradation;environmentalmedia
基金项目:广东省自然科学基金资助项目(07300048);国家自然科
学基金资助项目(40782150)
收稿日期:2009-09-24;修订日期:2009-12-22
作者简介:李玉瑛(1971～ ),女 ,博士 ,副教授 , 主要从事污染物环境
行为及其控制研究工作。 E-mail:liliyuying@ 163.com
　　尽管早有研究发现 ,大多数未受石油污染的环
境中的复杂微生物群落中都含有一些烃降解种群
(土著菌)[ 1] ,这意味着大多数环境介质具有一定的
石油烃代谢能力 ,但土著菌对石油烃的降解很缓慢 。
所以对石油污染物进行生物修复时 ,通常向污染区
接种高效石油烃降解菌或添加 N、P等营养物来加
速对石油烃的降解速度。但也有学者通过实验表
明 ,接种高效石油烃降解菌对石油烃的生物降解作
用并不明显 [ 2, 3] 。为了保证接种的高效石油烃降解
菌对石油污染物降解有促进作用 ,必须使接种的菌
株到污染区域并与石油污染物有效接触[ 4] 。生物
表面活性剂可以对石油烃物质起到乳化和增溶作
用 ,这在石油污染的修复方面已有许多研究;另外 ,
生物表面活性剂可以提高细菌对石油烃物质的降解
已在许多实验中得到证实 [ 5, 6] ;但也有报道称 ,生物
表面活性剂有时会抑制对石油烃的降解 [ 7] ,或对石
油烃的降解不起任何作用 [ 8, 9] 。
鉴于上述研究现状 ,本文作者通过一系列实验
分析添加表面活性剂鼠李糖脂对柴油污染物生物降
第 9期 李玉瑛等:鼠李糖脂对不同菌株降解柴油污染物的影响
解的影响 ,探讨在土壤介质和水体介质中添加不同
浓度的鼠李糖脂时混合菌对柴油污染物的降解
情况。
1　材料和方法
1.1　实验材料
实验中采用的 6株细菌[ 10] (A1、A2、A6、A8、B2
和 B5)具有较高的柴油降解能力 。油品为齐鲁石化
有限公司提供的 0#柴油(密度为 0.8392g/mL,粘度
为 2.87mPa· s,表面张力为 26.8 mN/m)。鼠李糖
脂为菌株 A1产生的生物表面活性剂 [ 10] ,在水体中
的临界胶束浓度(CMC)为 65 mg/L;而在土壤溶液
中时 ,其 CMC值高达 185 mg/L。
供试土样采集于一个不曾被石油污染的果园
(土壤质地为砂壤),土样采集后 ,经自然风干 、除
杂 、研碎 ,并过 2 mm筛 ,然后储存于磨口瓶中 。未
被污染的供试土样 ,对其进行人工污染后在室温下
经挥发后再进行生物降解实验 。
1.2　分析方法
柴油浓度采用红外法测定[ 11] 。细胞表面疏水
性采用细菌对烃的粘附性 (BATH)测试方法 [ 12]测
定 。
1.3　实验方法
1.3.1　鼠李糖脂对单菌和混合菌降解柴油的影响
分别接种不同菌株到加 1%柴油灭菌的无机盐
培养基[ 10] 中 , 各菌株均分 2组实验 , 一组加有
100mg/L的鼠李糖脂 ,另一组不加鼠李糖脂 ,在温
度为 28℃时培养 20 d,测定对柴油的降解率。对各
单菌实验 ,每隔一定时间分别测定各菌株的细胞表
面疏水性。
接种混合菌(6株菌等比例混合)到加有 1%柴
油的经灭菌的无机培养基中 ,分 2组实验 ,一组加有
100mg/L的鼠李糖脂 ,另一组不加鼠李糖脂 ,在温
度为 28℃时培养 20 d,测定混合菌对柴油的降解
率 。每组实验均设 2个平行样。
1.3.2　不同浓度鼠李糖脂对在水体中和土壤中柴
油降解的影响
接种混合菌到柴油含量为 1%的无菌无机盐培
养基中 [ 10] ,进行柴油降解实验;同理 ,进行混合菌在
土壤中的柴油降解实验 ,接种混合菌至供试土样中 ,
土壤含柴油量为 1%。
上述实验分别分 3组进行 ,其中一组不加鼠李
糖脂 ,一组添加 100 mg/L鼠李糖脂 ,另一组添加
200 mg/L鼠李糖脂 。 28℃、 200 r/min振荡培养
35d。每组实验均设 2个平行样 。
2　结果与讨论
2.1　鼠李糖脂对单菌和混合菌降解柴油的影响
各菌株对柴油的降解实验结果如表 1所示 。由
表 1可知 ,当添加鼠李糖脂后 ,各菌株对柴油的降解
率都有所提高 ,并且菌 A1、A2、A6和 A8的降解率
提高程度比菌 B2、B5更为显著。在对柴油的降解
实验中 ,不论是否添加生物表面活性剂鼠李糖脂 ,混
合菌对柴油的降解率都高于各单株菌的降解率 。混
合菌比单株菌对石油烃降解率高这一现象已被许多
研究所证明 [ 13] 。
表 1　鼠李糖脂对不同菌降解柴油的影响
Table1　Effectofrhamnolipidon
dieseldegradationbydifferentisolates
菌株 没添加鼠李糖脂时柴油降解率(%)
添加 100mg/L鼠李糖脂时
柴油降解率(%)
A1 41.3±0.003 63.6±0.031
A2 42.8±0.007 61.1±0.029
A6 32.2±0.007 46.5±0.026
A8 31.5±0.011 48.9±0.039
B2 27.2±0.016 36.8±0.08
B5 26.6±0.031 34.4±0.065
混合菌 63.8±0.024 73.6±0.068
通过测定各菌株在有无添加生物表面活性剂鼠
李糖脂时的细胞表面疏水性 ,分析了细胞表面疏水
性与菌株对柴油降解率的关系 。各菌株的表面疏水
性的测定结果见图 1 ～图 6。其中菌 A1、A2和 A6
在加有鼠李糖脂时细胞表面疏水性有很大的提高 ,
特别是菌 A1,在 144 h时细胞相对疏水性增加到
72.8%。而菌 A8在加有鼠李糖脂时细胞表面疏水
性提高程度低于菌 A1、A2和 A6,菌 B2和 B5的细
胞表面疏水性在加鼠李糖脂后提高的程度较小 ,菌
B2在 216 h后细胞表面疏水性仅为 32.1%。
图 1　菌 A1的细胞表面疏水性
Fig.1　CellsurfacehydrophobicityofA1
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环 境 工 程 学 报 第 4卷
图 6　菌 B5的细胞表面疏水性
Fig.6　CelsurfacehydrophobicityofB5
石油烃降解必须经过以下步骤:第一 ,石油烃与降解
菌的直接接触。这是由于细菌在水相中生长 ,而石
油烃为低水溶性物质并在许多情况下以分散的非水
相存在 ,所以降解石油烃的前提是两者的直接接触 。
第二 ,疏水的石油烃分子必须通过细胞壁而被运输
到细胞内部 ,亲水性的低分子物质可以通过主动运
输或由特定通道进入细胞内部 ,而疏水的石油烃分
子只能通过非特定扩散机理并在疏水性最高的区域
进入细胞内 [ 14] 。当细胞表面的疏水性增大时 ,会使
石油烃分子与细胞表面接触的几率提高并有利于其
扩散 ,结果提高石油烃的生物降解率 。
针对本实验数据 ,综合分析鼠李糖脂对不同菌
株降解柴油的影响和对不同菌株细胞表面疏水性的
影响 ,可以看出两者有紧密关联 ,鼠李糖脂使细胞表
面疏水性增加 ,从而加强了微生物与石油烃类物质
之间的亲和力并促进使石油烃扩散进入细胞 ,结果
加强了微生物对石油烃的降解 。进一步数据分析得
出 ,加入鼠李糖脂后 ,对柴油降解率的提高量与细胞
表面疏水性最高值之间呈很好的正相关关系。
2.2　不同浓度鼠李糖脂对柴油降解的影响
在同样的柴油污染浓度(1%)和添加相同的混
合菌的条件下 ,不加鼠李糖脂时 ,在土壤中的柴油降
解率明显低于在水体中的降解率(表 2)。这是由于
土壤具有较大的比表面积 ,疏水性的柴油污染物容
易吸附于土壤颗粒表面 ,使柴油在土壤中的生物可
利用性低于在水中的生物可利用性 ,结果影响了柴
油在土壤中的降解程度。有研究表明 [ 15] ,添加生物
表面活性剂可以使吸附于土壤颗粒表面的石油烃解
吸下来 ,从而提高对石油烃的生物降解。但向土壤
中添加了 100mg/L鼠李糖脂后 ,柴油的降解率反而
有所下降 , 在继续提高鼠李糖脂浓度为 200 mg/L
时 ,对柴油的降解率又有较大的提高;当添加
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第 9期 李玉瑛等:鼠李糖脂对不同菌株降解柴油污染物的影响
100mg/L的鼠李糖脂到水体中时 ,柴油的降解率比
没有添加鼠李糖脂时有较大的提高 ,而继续提高鼠
李糖脂浓度为 200mg/L时 ,柴油的降解率却没有进
一步明显的提高 。
表 2　不同浓度鼠李糖脂对柴油降解的影响
Table2　Impactsofdifferentconcentrationsof
rhamnolipidondieseldegradation
实验编号 介质 柴油浓度(%)
鼠李糖脂添加量
(mg/L)
柴油降解率
(%)
1 土壤 1 0 61.4
2 土壤 1 100 47.6
3 土壤 1 200 84.9
4 水体 1 0 76.1
5 水体 1 100 88.7
6 水体 1 200 89.1
当向土壤中添加 100 mg/L的鼠李糖脂时 ,虽然
所加浓度已超过了鼠李糖脂在水中的 CMC值
(65mg/L),但远远低于在土壤中的 CMC值 (185
mg/L),同时由于土壤颗粒对鼠李糖脂的吸附作用 ,
反而使鼠李糖脂在土壤颗粒表面形成了一层疏水性
的吸附层或半胶束层 ,其作用相当于有机质 ,从而更
有利于疏水性的石油烃的吸附作用 ,使石油烃分配
于土壤水中的浓度更低 ,结果使其生物可利用性下
降 ,所以当向土壤中加入的鼠李糖脂浓度较低时 ,柴
油的降解率反而低于不添加鼠李糖脂时的降解率 。
而当向土壤中添加 200mg/L的鼠李糖脂时 ,由于该
浓度超过了土壤中的 CMC(185mg/L),尽管也有部
分的鼠李糖脂吸附于土壤颗粒表面 ,剩余的鼠李糖
脂有效的提高了石油烃的水溶性 ,并加速石油烃从
土壤表面的解吸程度 ,结果提高了柴油的降解率。
当向水体中添加 100 mg/L的鼠李糖脂时 ,柴油
的降解率得到很大的提高 ,这是由于生物表面活性
剂鼠李糖脂显著降低了表面张力 ,使柴油的石油烃
得以有效扩散 ,增大了油水界面面积 ,有利于细胞与
油滴的直接接触;并且由于所加鼠李糖脂浓度超过
了在水体中的 CMC(65 mg/L),鼠李糖脂使柴油的
水溶性增加 ,进一步有利于被细胞的吸收并降解 。
而当水体中添加的鼠李糖脂浓度高达 200mg/L时 ,
鼠李糖脂形成的胶束数目和尺寸都随之增加 ,而胶
束的尺寸太大时 ,油水界面面积并没有相应程度的
增加 ,所以本实验中柴油的降解率提高幅度很小。
这说明生物表面活性剂是否可以提高对石油烃
的生物降解不仅与所添加的浓度有关 ,还与环境介
质有关 ,而不能一概而论。
在水相中和土壤中柴油的浓度随着实验时间的
延续而逐渐降低(图 7),其规律符合式:C=C0e-λt,
式中 C0为土壤或水中柴油的初始浓度 , C为时间 t
时的柴油浓度 , λ为微生物的降解常数 。由此式可
以得出微生物对柴油的降解速度符合一级动力学方
程:dC/dt=λC,同时可以推导出柴油生物降解的半
衰期(t1/2)为:t1/2 =0.693λ-1。根据数值计算 ,柴油
在水相中和在土壤中降解动力学特征包括降解常
数 、相关系数及半衰期如表 3所示。在所有的实验
中 ,在开始的一段时间(15 d)内 ,柴油降解比较快 ,
随后柴油降解越来越慢 ,这种现象在土壤中的实验
更明显 。
图 7　不同条件下柴油的降解
Fig.7　Dieseloilbiodegradationunderdiferentconditions
表 3　柴油降解动力学特征
Table3　Dieseldegradationkineticparameters
实验
编号 环境介质
鼠李糖脂
(mg/L)
降解常数
(λ)
相关系数
(r)
半衰期(t
1/2)
(d)
1 土壤 0 0.0301 0.97 23
2 土壤 100 0.0208 0.96 33.3
3 土壤 200 0.0593 0.99 11.7
4 水体 0 0.0465 0.97 14.9
5 水体 100 0.0683 0.99 10.1
6 水体 200 0.0706 0.99 9.8
由表 3可知 ,向土壤中添加 200mg/L鼠李糖脂
后 ,柴油的半衰期由原先的 23 d下降到 11.7 d;在
水体中加 100 mg/L鼠李糖脂后 ,柴油的半衰期由
14.9d下降到 10.1 d,这说明在柴油污染的环境中
添加适量的生物表面活性剂鼠李糖脂时 ,不仅可以
提高对柴油的降解率 ,而且还可以加快柴油的降解
速率 ,缩短去除石油烃污染物所需的时间 。
2091
环 境 工 程 学 报 第 4卷
3　结　论
通过实验分析了添加生物表面活性剂鼠李糖脂
对 6株单菌及混合菌利用柴油能力的影响情况 ,探
讨了添加鼠李糖脂后不同菌株细胞表面疏水性的变
化 ,并进一步研究了在不同环境介质中添加不同浓
度鼠李糖脂时混合菌对柴油污染物的降解效果 ,得
出如下结论:
(1)分别向各单菌以柴油为碳源的无机盐培养
基中添加 100mg/L鼠李糖脂后 ,各菌株细胞表面疏
水性发生不同程度的增加 ,并且各菌株对柴油的降
解率均有所提高 。
(2)在柴油污染物的生物降解实验中 ,当向水
体和土壤中添加鼠李糖脂后 ,对柴油的降解效果的
影响程度不一。经分析表明 ,鼠李糖脂对柴油降解
的影响不仅与环境介质有关 ,还与添加的鼠李糖脂
浓度有关。添加适当浓度的鼠李糖脂不仅可以提高
对柴油的降解率 ,而且可加速降解速度 ,缩短生物修
复所需时间 。
参 考 文 献
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