《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Rhodococcus erythropolis KB1 enhances remediation of n-hexadecane pollution by regulating indigenous microbial communities in desert soil
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石油污染治理技术及微生物群落调控机制研究。通过对比自然降解与生物强化（引入R.erythropolis KB1）在荒漠土壤中n-十六烷降解效果，发现生物强化组降解率达54.13%，显著高于自然组42.87%，同时土壤pH升高至8.27。微生物组学分析显示，添加KB1后放线菌占比增至30.23%，优势菌属R.erythropolis（16.58%）、Nocardioides和Ohtaekwangia协同增强降解功能。研究证实该菌株具有直接降解和群落调控双重效应，为荒漠区石油污染生物修复提供理论支撑。
罗丹|王思怡|杨彦武|王建虎|陈吉祥|王天峰|王永刚|张青芳
兰州理工大学冶金与环境学院，中国兰州，730050
摘要
沙漠地区的石油污染是一个严重的环境问题，主要由石油工业活动引起。正十六烷是一种常见的长链烷烃，存在于石油产品中，具有化学稳定性和抗降解性。本研究旨在探讨Rhodococcus erythropolis KB1菌株对沙漠土壤中正十六烷的降解效率及其对当地微生物群落结构的影响。通过比较自然降解和生物强化修复的微宇宙实验，发现49天的培养期内，接种KB1菌株后正十六烷的降解率从自然降解组的42.87%提高到了54.13%。在灭菌土壤系统中，单独使用KB1菌株时，其降解率达到60.90%，证实了其较高的降解能力。进一步的微生物群落分析表明，生物修复显著改变了土壤微生物结构：在门水平上，放线菌的相对丰度增加到30.23%，成为优势门类；在属水平上，Rhodococcus属的丰度增加到16.58%，同时Nocardioides和Ohtaekwangia等功能群的丰度也得到了协同增强。研究表明，R. erythropolis KB1菌株不仅直接降解正十六烷，还通过调节当地微生物组在群落层面增强了协同修复作用。本研究为基于生物修复技术的沙漠石油污染治理提供了理论基础和微生物资源。
引言
石油污染是一个全球性的环境问题，源于石油的开采、运输和利用，随之而来的土壤退化和生态风险受到了广泛关注[16]。石油烃主要是不溶于水的疏水性有机化合物，在土壤中持续存在并缓慢降解，导致长期污染（J. [14]）。随着对石油产品需求的不断增长，勘探、精炼、储存和运输过程中的泄漏事件频发，进一步加剧了土壤污染[10]、[29]。石油污染物不仅破坏土壤结构和微生物群落，还可能通过食物链积累，对人类健康构成威胁[25]。因此，石油污染土壤的修复已成为环境研究的重点。烷烃是石油的主要成分，其中正十六烷是一种代表性的中长链烷烃，具有低水溶性和化学稳定性[1]。虽然某些条件下的微生物可以降解中链烷烃，但像正十六烷这样的长链烷烃在自然环境中难以降解[8]。此外，正十六烷对人体具有显著的毒性作用，包括皮肤刺激、黏膜损伤和潜在的肺部危害[25]。因此，迫切需要开发高效且环保的技术来应对正十六烷污染。
目前，石油污染土壤的修复方法包括物理、化学和生物方法。物理方法通常成本较高，难以完全去除污染物；化学方法可能引入二次污染物并带来环境风险[13]。传统方法在处理正十六烷等难降解烃类时效率低下，经济可行性差[31]。相比之下，生物修复技术利用微生物的降解能力，具有低成本和高环境兼容性的优势，已成为石油污染管理的主流方法[18]。微生物降解是土壤中正十六烷去除的主要途径[10]。通常，向受污染环境中添加氮和磷等营养物质或调整环境因素可以刺激当地微生物的活动，促进其生长和代谢，从而加速污染物降解。在本地微生物降解能力不足的不利条件下，可以通过人工手段筛选和驯化的高效降解菌株直接引入污染环境，以提高系统的降解能力。
沙漠生态系统以干旱、降雨量少、营养物质匮乏和生态脆弱为特征，因此特别容易受到石油污染的影响。沙漠环境中的生物修复面临微生物活性低和降解能力有限的挑战。Rhodococcus属菌株具有很强的环境适应性和烃类降解能力，其中R. erythropolis KB1菌株在低水分和低营养条件下仍能保持代谢活性[35]，显示出其在沙漠生物修复中的潜力。因此，本研究在沙漠土壤这一特殊环境中进行了自然降解与生物强化修复的对比研究，评估了R. erythropolis KB1菌株对正十六烷的降解效率及其对土壤物理化学性质和本地微生物组结构的影响。通过监测49天培养期内的正十六烷降解率、细菌丰度和群落动态，揭示了微生物机制对降解效率的提升作用。我们假设R. erythropolis KB1菌株的接种不仅直接降解正十六烷，还能重塑当地微生物群落结构，促进协同作用，从而提高整体修复效率。这些发现为沙漠地区石油污染土壤的生物修复提供了理论基础和微生物资源。
实验菌株及细菌溶液制备
本研究中使用的R. erythropolis KB1菌株是从甘肃省玉门市受石油污染的土壤中分离得到的。通过生理和生化特性鉴定、16S rDNA序列分析及基因组分析（GenBank登录号：CP050124.1）确认了该菌株的身份。该菌株储存在超低温冷冻柜中，后在LB培养基中活化，离心收集细胞，重新悬浮于无菌生理盐水中制备成细菌溶液。
正十六烷污染土壤的物理化学性质分析
在培养0天、28天和49天时测量了各组土壤的物理化学性质（表1）。整个培养期间，土壤的TN（总氮）范围为0.93至1.09克/千克，TP（总磷）范围为0.36至0.40克/千克，TK（总钾）范围为20.81至21.09克/千克，这三个参数均未出现显著变化。而在添加了正十六烷的处理组（ND、BA、RA）中，土壤pH值升高至8.27，这与Ying等人的研究结果一致[36]，即原油会导致土壤碱化。
结论
本研究阐明了正十六烷在沙漠土壤中的自然降解能力，并证明R. erythropolis KB1菌株可通过调节当地微生物群落来增强其生物修复效果。结果显示，Rhodococcus erythropolis KB1菌株显著提高了降解效率，降解率达到54.13%，远高于自然降解组。单独将R. erythropolis KB1菌株添加到灭菌土壤中
CRediT作者贡献声明
王天峰：撰写 – 审稿与编辑、软件使用、方法学设计。陈吉祥：撰写 – 审稿与编辑、方法学设计、资金申请、概念构思。王建虎：数据可视化、软件使用、实验研究。杨彦武：数据可视化、软件使用、实验研究、数据整理。张青芳：撰写 – 审稿与编辑。王永刚：撰写 – 审稿与编辑、软件使用。王思怡：初稿撰写、数据可视化、验证、软件使用、数据整理。罗丹：初稿撰写
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号42267017）、甘肃省自然科学基金（项目编号24JRRA970）以及兰州理工大学鸿柳青年人才计划的支持。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
