柴油食烷菌清蜡能力及其烷烃代谢途径的研究

作     者：赵国威 

作者单位：河南师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王海磊

授予年度：2019年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：食烷菌 清防蜡 混合培养 代谢组 烷烃降解途径 

摘      要：石蜡是以长链烷烃为主的混合物,碳链长度在16-30范围内。油田中石油含蜡量较高,平均在20%以上,由于原油抽取过程中气压与温度的改变,石蜡会析出附着并积累在管道上,造成管道严重堵塞,从而影响石油产量,所以采取措施进行清防蜡是非常必要的。一般来说,物理法采用热洗的方式洗井清蜡,化学法使用化学清防蜡剂进行清防蜡。然而热水洗井会引起地层粘土膨胀造成采油堵塞,并且长期进行热油洗井,则会对油井的结构造成损坏;化学清防蜡剂不但会破坏油井管道,而且会降低原油质量、对环境造成破坏。这些方法工作量大、费用高,缺点也很明显。因此,环境友好、操作简单且成本低廉的微生物法受到人们越来越多的关注。本实验室前期从青海油田分离出一株可以降解石蜡的柴油食烷菌(Alcanivorax dieselolei SH02),并对其进行了一些初步的鉴定。本文选用以石蜡为唯一碳源的合成培养基进行清蜡实验,对其进行清蜡条件的优化;另外,从实验室保藏的菌种中筛选具有烷烃降解能力的菌株,与食烷菌共培养测定石蜡清除率;对食烷菌降解石蜡的过程进行基于超高效液相色谱与串联四级杆飞行时间质谱联用(UPLC/Q-TOF MS)的代谢组学分析,分析了其发酵液的成分,并结合胞内外代谢物鉴定结果初步探究该菌的烷烃降解机制。主要研究结论包括以下几个方面:(1)在*** SH02纯培养的条件下,初始pH值为7.0,NaCl浓度为20 g/L时清蜡效果最好,为18.45%;添加表面活性剂、增加接种量不会显著影响清蜡效果;添加蛋白胨则会降低石蜡清除率;添加液体石蜡会使清蜡效果显著提高(为82.33%),但主要作用在于液体石蜡促进了固体石蜡的溶解。(2)对本实验室保存的株菌进行筛选,最终找出6株烷烃降解菌,分别为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),两株微杆菌(Microbacterium sp.),地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis),枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)以及一株未鉴定的放线菌。对其进行了纯培养及与食烷菌混合培养条件下的石蜡清除率测试,确定了最佳组合为枯草芽孢杆菌+柴油食烷菌,但与食烷菌纯培养石蜡清除率相比,其提升效果不显著。(3)对食烷菌降解石蜡的发酵液中的羧酸、环化合物、碳水化合物、醇类化合物、醛类化合物和酮类化合物共88个代谢产物进行了鉴定,发现有机酸为其主要成分,其中2-氧代己二酸在发酵液中随时间积累。胞内成分与发酵液基本相同。(4)结合胞内外代谢物的鉴定结果,对其鉴定出的直链脂肪酸进行碳链排序,分析了该菌的烷烃降解通路,发现其对烷烃的降解是一个由β-氧化、ω-氧化等多种氧化方式共同作用的过程。