2019-04-17
文案 | 微生物組產品線
正 文
最近，派森諾生物與西安建筑科技大學合作，在《Waste Management》（影響因子4.723）上再次發表文章，利用高通量測序技術，探究添加了發酵食物廢物上清液的土壤降解長鏈原油的微觀機制。
研究背景
原油中的石油烴含有多種有毒成分，具有高毒性和低生物降解性，石油中有毒金屬的存在抑制了石油污染土壤中烴類降解物的活性。石油污染的長期積累將使土壤更加難以補救。揮發和化學氧化等一些治理石油污染土壤的手段，由于其高成本和二次污染難以廣泛應用。因此，受原油污染地區的土壤修復問題已成為世界范圍的問題。
生物修復技術利用土壤中微生物的代謝功能降解和消除污染物，是一種兼具成本效益和環境友好的技術，目前正廣泛應用于處理土壤污染問題。受污染的土壤中微生物的代謝功能不足，可以采取補充具有降解和轉化污染物能力的功能微生物群落，或創造適當的環境條件來增強微生物的代謝功能。本文正是由此思路出發，研究了添加發酵食物廢物上清液（FS）對土壤細菌降解長鏈原油的促進作用。
研究目的
1、在原油污染土壤中加入發酵食物廢物上清液對污染物生物降解效率的改善；
2、土壤細菌降解長鏈烷烴的機理。
研究方法
測序技術：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：微生物組細菌16S rRNA基因V3-V4區測序
實驗設計：從陜北一座油井附近采集受原油污染的兩種土壤樣本S1和S2。食物殘渣來源于學生食堂，將食物殘渣粉碎備用。向500mL密封玻璃瓶中加入100g經處理的食物殘渣和5g活性干酵母，然后用橡皮塞密封，并在30℃的恒溫水浴中放置10天。 反應完成后，將混合物以3000rpm離心5分鐘，取上清液作為FS。土壤樣本的處理方式如表1所示。
表1：土壤樣品的處理方式
研究結果
FS對土壤細菌降解土壤中長鏈原油的影響
（1）FS促進長鏈原油快速生物降解
如圖1所示，添加FS后，長鏈烷烴C29-C24的含量在土壤S1和土壤S2中均大幅下降。培養30天后，長鏈烷烴C29-C24的生物降解在土壤S1中為1756 mg / kg（49.3%），在土壤S2中為3937 mg / kg（43.9%），添加3 mL FS的土壤中長鏈烷烴的降解量是沒有添加FS（0 mL）的3.2倍。當FS的體積從0.1mL增加到3mL時，總細菌和IHD（烴類降解菌）的數量都增加，如圖2所示，細菌數量的增加可能是FS促進長鏈原油快速降解的原因。
圖1 添加不同體積FS的土壤中長鏈烷烴的降解示意圖
圖2 IHD和總細菌量的變化曲線
（2）添加FS土壤中營養物快速消耗且IHD快速增加
如圖3所示，添加FS使得C / N升高。同時，C / N越高，IHD在前10天的生長越快。這表明較高的C / N可刺激IHD生長成為優勢細菌。因此，長鏈原油可迅速降解。
圖3 高C / N使得IHD生長成為優勢細菌
添加FS培養30天后，Acinetobacter 和Aquabacterium 成為優勢菌，如圖4。此外，通過添加FS，可以刺激不能在原油培養基上培養的Aquabacterium 屬生長為優勢菌。從熱圖聚類結果來看，土壤中的優勢菌發生明顯變化。
圖4 各處理組的菌群豐度分布變化圖
圖5 聚類熱圖
結 論
研究表明，通過向原油污染的土壤中添加廉價的FS，可以在30天后顯著促進長鏈烷烴C29-C24的生物降解，生物修復效率優于目前加入氮磷營養素的研究。C / N的增加使得IHD在隨后的生物修復中的顯著增加，Acinetobacter 和在原油中不可培養的Aquabacterium 成為優勢菌屬，這是促進長鏈烷烴降解的主要原因。
本研究的測序和數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
文章索引
Jinlan X, Qiuju Z, Dongyuan L, et al. Rapid degradation of long-chain crude oil in soil by indigenous bacteria using fermented food waste supernatant[J]. Waste Management, 2019:361-373.
