全 文 ：固定化微生物降解土壤中菲和芘的研究 3
王　新 3 3 　李培军　巩宗强　李　彬　鞠京丽　何秀良　台培东
(中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016)
Degradation of phenanthrene and pyrene in contaminated soil by immobilized Zoogloeasp. and Fusa rium sp.
WAN G Xin ,L I Peijun , GON G Zongqiang ,L I Bin ,J U Jingli ,HE Xiuliang , TAI Peidong ( Institute of A pplied Ecolo2
gy , Chinese Academy of Sciences S henyang 110016) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2001 ,12 (4) :636～638.
Immobilized with PVA ,sodium alginate and activated carbon ,both Zoogloea sp . and Fusarium sp . strains could de2
grade phenanthrene and pyrene efficiently. The optimal carrier was made of 100ρ·g - 1L PVA ,5 sodium alginateρ·g - 1
L and 50 activated carbonρ·g - 1 L . The degradation rates of phenanthrene and pyrene in 10 days were 87. 48 % and
75. 34 % by the immobilized bacterium ,37. 04 % and 20. 85 % higher than those by the free bacterium ,and the rates
in 15 days were 84. 36 % and 74. 87 % by the immobilized fungus ,5. 35 % and 11. 23 % higher than those by the free
fungus.
Key words 　Immobilization , Degradation , Phenanthrene , Pyrene Soil
文章编号 　1001 - 9332 (2001) 04 - 0636 - 03 　中图分类号 　X53 　文献标识码 　A
　　3 中国科学院知识创新项目 ( KZCX22401) 和国家自然科学基金
(29977021)项目资助.
　　3 3 通讯联系人.
　　2000 - 10 - 14 收稿 ,2000 - 01 - 14 接受.
1 　引 　　言
固定化微生物技术是 20 世纪 70 年代兴起的一种新型生
物技术 ,目前已成为国内外学者的研究热点 [8 ] ,现被广泛应用
于处理化学工业废水. 其优点是可以大幅度提高参加反应微生
物浓度 ;减少活性污泥数量 ;微生物被高分子材料包埋 ,耐环境
冲击 ;根据需要选择有效微生物 ,可降低二次污染等特点 ,因而
受到越来越多的关注 [4 ,6 ,10 ] . 包埋法是固定化技术最为普遍的
使用方法 ,包埋载体的选择是固定化微生物的关键 ,理想的载
体具有对微生物无毒性 ,传质性能好 ,性质稳定 ,不易被微生物
分解 ,强度高寿命长和价格低廉等优点 [2 ] . 迄今 ,国内尚未见到
用固定化技术降解土壤中有机污染物的报道. 本文通过载体的
选择来实现对菲和芘降解的最优化 . 菲和芘是多环芳烃
(PAHs) 、三环、四环的代表物 ,属难降解有机污染物 ,进入土壤
系统的多环芳烃具有危害人类健康和环境的潜在危险 ,是一种
致癌和致畸物[7 ] . 采用固定化微生物技术对其进行降解试验 ,
以期开发出一条提高多环芳烃降解率的新途径.
2 　材料与方法
211 　供试材料
21111 菌株 　动胶杆菌 ( Zoogloea sp . )和镰刀菌 ( Fusarium sp . )
由本实验室从石油污染土壤中分离筛选出来.
21112 土壤 　采自辽宁省盘锦市兴隆台小洼稻田内的盐碱土 ,
土壤的理化性质见表 1.
表 1 　供试土壤的理化性质
Table 1 Physical and chemical characteristic of the soil
土层
Soil layer
(cm)
p H 有机质
Organic
materials
( %)
全 N
Total
N
( %)
全 P
Total
P
( %)
全 K
Total
K
( %)
0～20 7. 33 2. 12 0. 117 0. 038 0. 687
21113 化学试剂和仪器 　聚乙烯醇 ( PVA) ,聚合度 17～99 ;
H3BO3 ,分析纯 (AR) ; CaCl2 ,分析纯 (AR) ;海藻酸钠 ,分析纯
(AR) ;活性炭 ,分析纯 (AR) ;菲纯度为 90. 6 % ,芘纯度为 97 %.
惠普 10902Ⅱ高效液相色谱仪 ,配有二极管阵列检测器
(DAD) ;超声波水浴箱 ;离心机 ;恒温摇床.
212 　实验方法
21211 固定化方法 　1)化学方法 :将细菌种子培养液与溶解的
载体充分混匀 ,装入制粒器后与交联液进行交联 ,由于载体具
有很强的附聚性 ,所以在交联的过程中要不断振荡 ,防止球与
球之间粘连. 固定化好的小球在交联液中要稳定 24h ,使交联液
与包埋剂之间能进行充分反应 ,以保证固定化小球的强度. 固
定化小球成型后用水冲洗 ,再增殖 35h 后备用. 2) 物理方法 :
PVA 复合体 + 菌液 →装入模具内 →冷冻 22h →解冻 →脱模吹
干→增殖 35h →备用. 对片状载体需进一步处理 ,脱模切成1. 5
cm ×1cm 小块后 ,再进行增殖. 3)固定化载体的优化选择 :经多
种 PVA 复合载体比较后 ,确定出 3 种较优的载体配方 ,分别采
用不同的固定化方法对细菌和真菌进行固定化包埋 ,同时 ,以
游离菌作为对照. 细菌载体编号分别为 6 ,7 ,8 (化学方法制得的
球形)和 6′,7′,8′(物理方法制得的片形) . 真菌载体编号分别为
a ,b ,c (化学方法制得的球形) 和 a′,b′,c′(物理方法制得的片
形) ,同时 ,针对真菌菌株大 ,菌丝长的特点 ,增加了一种形状
———莲藕型 ,即 a″来扩大其透气性.
21212 菲和芘测定 　采用惠普 10902Ⅱ高效液相色谱仪 ,配有
二极管阵列检测器 (DAD)跟踪测定 [5 ] .
21213 固定化微生物降解菲和芘污染物的设计条件 　水土比
3∶1 ,接种量 20 % ,固定化细菌为 30 ℃下摇床转数 120r·min - 1 ,
p H 7～7. 8 ;固定化真菌为 25 ℃摇床转数 130r·min - 1 ,p H 自然.
应 用 生 态 学 报 　2001 年 8 月 　第 12 卷 　第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 2001 ,12 (4)∶636～638
备用Reserve
增殖 35h Multip lication 35h
固定化颗粒 d= 31 5mm
Immobilized grain d= 3. 5mm
H3BO3+ CaCl2
PVA复合载体
PVA composite carrier
种子培养液
Seeds cultivated liquid
图 1 　微生物固定化流程
Fig. 1 Process of microbial immobilization.
21214 固定化载体强度、传质性的测定 　强度测定参见
Arigll[1 ] ,传质性测定参见吴晓磊 [9 ]的方法.
3 　结果与讨论
311 　固定化细菌对菲和芘的降解
从图 2 可见 ,游离菌在 158h 对菲的降解达到 50. 29 % ,固
定化载体 6 ,6′对菲的降解在相同的时间内可分别达到 87. 33 %
和 74. 22 % ,高于游离菌 37104 %和 23. 93 %. 载体 7 ,7′的降解
率低于游离菌 ,是由于载体孔隙过大 ,载体内含有 SiO2 ,颗粒过
大 ,造成菌体泄漏 ,内部没有形成高密度的菌体.
图 2 　固定化细菌对菲 (A)和芘 (B)的降解
Fig. 2 Degradation of phenanthrene ( A) and pyrene (B) by immobilized
Zoogloea sp .
0 为游离菌 ,其它数字为各载体编号 0 is free Zoogloea sp . ,other number
is carrer No. 下同 The same below.
　　芘的降解速率要略低于菲 ,这是由于芘是含有 4 个苯环的芳
烃 ,而菲只含有 3 个苯环 ,环数越多越不利于降解.载体 6 ,6′对芘
的降解率要高于游离菌和其他的载体.游离菌在 240h 内对芘的降
解率为 54. 49 % ,而载体 6 可达 75. 34 % ,高于游离菌 20. 85 %.
312 　固定化真菌对菲和芘的降解
如图 3 可见 ,球形和片形的固定化真菌对菲和芘的降解在
336h ,普遍不如游离菌 ,特别是球形. 这是由于真菌菌丝体较
大 ,需要一定的生存空间和相对大的好氧空间 ,而球形和片形
的载体满足不了这些需求. 在实验过程中考虑到这一点 ,所以
增加了莲藕型来适当提高它的生存条件. 实验结果表明 ,这种
思路是正确的 ,并取得了较好的降解效果.
图 3 　固定化真菌对菲 (A)和芘 (B)的降解
Fig. 3 Degradation of phenanthrne ( A) and pyrene (B) by immobilized
Fusarium sp .
　　在 336h 游离菌对菲和芘的降解率分别为 79101 %和
63. 64 % ,而 a″(即莲藕型载体)对菲和芘的降解率为 84. 36 %和
74. 87 % ,高于游离菌 5. 35 %和 11123 %.
313 　载体分析
本实验所用聚乙烯醇作为固定化载体 ,其优点是价廉 ,来
源广 ,抗高盐 ,对微生物细胞无毒害作用 ,还能抗微生物分解 ,
添加少量海藻酸钠 ,克服两液滴粘连现象 ,有助于颗粒成型 ,添
加少量活性炭 ,改变其通透性 ,以增加固定化颗粒的孔径达到
吸附与包埋的双重效果 [3 ] .
由固定化细菌和固定化真菌降解图得出 ,固定化的最适载
体为聚乙烯醇 100ρ·g - 1L ,海藻酸钠 5ρ·g - 1 L ,活性炭 50ρ·g - 1
L ,经其包埋的固定化微生物对菲和芘都有较好的降解效果.
为了探求载体内部结构 ,进行了电镜扫描 (图 4) ,微生物在
载体内部形成了较高的菌群 ,微生物生物量增大 ,从而提高了
其对污染物的降解能力.
4 　结 　　论
411 　固定化微生物的最适载体配比为 :聚乙烯醇 100ρ·g - 1L ,
海藻酸钠 5ρ·g - 1L ,活性炭 50ρ·g - 1L .
412 　对真菌和细菌分别进行固定化包埋来降解土壤中的菲芘
污染物方法是可行的 ,且具有较高的降解率 ,最适载体的固定
化细菌对菲和芘的降解率在 240h 高于游离菌 37. 04 %和
20. 85 % ;同时包埋真菌载体形状的选择很重要 ,本实验所采用
莲藕型适合于真菌的包埋 ,在 336h 固定化真菌对菲和芘的降
解率高于游离菌 5. 35 %和 11. 23 %.
413 　采用物理和化学手段分别对微生物进行固定化包埋比较
可见 ,物理方法操作简便 ,强度高 ,但接触面积相对小 ;化学方
7364 期 　　　　　　　　　　　　　　　王 　新等 :固定化微生物降解土壤中菲和芘的研究 　　　　　　　　　
图 4 　固定化真菌 (a)和细菌 (b)内部扫描电镜照片
Fig. 4 Electric scan2photo on the inside parts of immobilized fungus (a) and bacterium (b) .
法制作的颗粒接触面积最大 ,但强度相对弱. 将物理和化学方
法结合起来进行固定化将是一种新的尝试.
参考文献
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作者简介 　王 　新 ,女 ,1973 年生 , ,硕士生 ,主要从事生态环境
工程学研究 ,发表论文 3 篇. E2mail :wangxin8898 @sina. com
836 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12 卷