2019-04-17
文案 | 微生物组产品线
正 文
最近，派森诺生物与西安建筑科技大学合作，在《Waste Management》（影响因子4.723）上再次发表文章，利用高通量测序技术，探究添加了发酵食物废物上清液的土壤降解长链原油的微观机制。
研究背景
原油中的石油烃含有多种有毒成分，具有高毒性和低生物降解性，石油中有毒金属的存在抑制了石油污染土壤中烃类降解物的活性。石油污染的长期积累将使土壤更加难以补救。挥发和化学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难以广泛应用。因此，受原油污染地区的土壤修复问题已成为世界范围的问题。
生物修复技术利用土壤中微生物的代谢功能降解和消除污染物，是一种兼具成本效益和环境友好的技术，目前正广泛应用于处理土壤污染问题。受污染的土壤中微生物的代谢功能不足，可以采取补充具有降解和转化污染物能力的功能微生物群落，或创造适当的环境条件来增强微生物的代谢功能。本文正是由此思路出发，研究了添加发酵食物废物上清液（FS）对土壤细菌降解长链原油的促进作用。
研究目的
1、在原油污染土壤中加入发酵食物废物上清液对污染物生物降解效率的改善；
2、土壤细菌降解长链烷烃的机理。
研究方法
测序技术：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序模式：微生物组细菌16S rRNA基因V3-V4区测序
实验设计：从陕北一座油井附近采集受原油污染的两种土壤样本S1和S2。食物残渣来源于学生食堂，将食物残渣粉碎备用。向500mL密封玻璃瓶中加入100g经处理的食物残渣和5g活性干酵母，然后用橡皮塞密封，并在30℃的恒温水浴中放置10天。 反应完成后，将混合物以3000rpm离心5分钟，取上清液作为FS。土壤样本的处理方式如表1所示。
表1：土壤样品的处理方式
研究结果
FS对土壤细菌降解土壤中长链原油的影响
（1）FS促进长链原油快速生物降解
如图1所示，添加FS后，长链烷烃C29-C24的含量在土壤S1和土壤S2中均大幅下降。培养30天后，长链烷烃C29-C24的生物降解在土壤S1中为1756 mg / kg（49.3%），在土壤S2中为3937 mg / kg（43.9%），添加3 mL FS的土壤中长链烷烃的降解量是没有添加FS（0 mL）的3.2倍。当FS的体积从0.1mL增加到3mL时，总细菌和IHD（烃类降解菌）的数量都增加，如图2所示，细菌数量的增加可能是FS促进长链原油快速降解的原因。
图1 添加不同体积FS的土壤中长链烷烃的降解示意图
图2 IHD和总细菌量的变化曲线
（2）添加FS土壤中营养物快速消耗且IHD快速增加
如图3所示，添加FS使得C / N升高。同时，C / N越高，IHD在前10天的生长越快。这表明较高的C / N可刺激IHD生长成为优势细菌。因此，长链原油可迅速降解。
图3 高C / N使得IHD生长成为优势细菌
添加FS培养30天后，Acinetobacter 和Aquabacterium 成为优势菌，如图4。此外，通过添加FS，可以刺激不能在原油培养基上培养的Aquabacterium 属生长为优势菌。从热图聚类结果来看，土壤中的优势菌发生明显变化。
图4 各处理组的菌群丰度分布变化图
图5 聚类热图
结 论
研究表明，通过向原油污染的土壤中添加廉价的FS，可以在30天后显著促进长链烷烃C29-C24的生物降解，生物修复效率优于目前加入氮磷营养素的研究。C / N的增加使得IHD在随后的生物修复中的显著增加，Acinetobacter 和在原油中不可培养的Aquabacterium 成为优势菌属，这是促进长链烷烃降解的主要原因。
本研究的测序和数据分析工作由上海派森诺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.
