海洋原油污染已成为一个严重的全球环境问题。每年有数百万吨原油进入海洋生态系统,导致水体污染、生态破坏和生物多样性丧失。原油污染对海洋生物的主要影响包括毒性作用、生物累积以及食物网的破坏。传统的石油泄漏修复技术(如物理吸附和化学分散)虽然能在短期内缓解污染,但通常效率低下、成本高昂且可能造成二次污染(Adofo等,2022年)。相比之下,生物修复技术,尤其是微生物降解原油的方法,因其高效、经济和环境可持续性而受到越来越多的关注。
在海洋环境中,磷的可用性是影响微生物降解原油效率的关键因素。磷是微生物生长和代谢所必需的元素,但海洋生态系统中的可利用磷酸盐含量通常较低。在受油污染的区域,碳源的过量输入会加速微生物的代谢活动,从而加剧磷的缺乏。在自然环境中,磷主要以钙结合的形式存在,广泛分布于海洋沉积物和潮间带,而溶解态磷在海洋磷循环中起着重要作用。先前的研究表明,PSB作为功能性微生物(Li等,2025年;Luo等,2025年),可以通过分泌有机酸和磷酸酶将不溶性磷酸盐转化为可利用的形式,从而提高海水中磷酸盐的可用性(Dastager和Damare,2013年;Tao等,2024年;Visser等,2025年)。这一过程通常伴随着pH值的下降,因为有机酸的产生是驱动磷酸盐溶解的主要机制(Rahayu等,2019年)。这些有机酸通过其羟基和羧基官能团与磷酸盐结合阳离子螯合,促进不溶性磷酸盐向可溶性形式的转化。Behera等人报告称,从红树林生态系统中分离出的PSB能够将三钙磷酸盐的浓度从8.21 μg/mL提高到48.70 μg/mL(Behera等,2016年)。同样,Goswami等人发现了能够将三钙磷酸盐溶解度提高到34 μg/mL的假单胞菌菌株(Goswami等,2013年)。此外,研究发现海洋环境中的PSB具有很强的适应性,能够显著提高可溶性磷酸盐的浓度。
此外,磷酸盐溶解菌不仅促进了磷的循环,还影响了碳循环,进而影响微生物的代谢活动(Dastager和Damare,2013年)。研究表明,包括磷、氮和钾在内的必需营养物质可以促进微生物的生长,并刺激降解石油烃所需关键酶的产生(Girigiri等,2019年)。先前的研究已经确定了如芽孢杆菌、假单胞菌和欧文氏菌等具有强磷酸盐溶解能力的细菌属(Jahan等,2013年;Widawati,2011年)。其中,假单胞菌和芽孢杆菌不仅具有高磷酸盐溶解能力,还能利用原油作为碳源。研究表明这些细菌携带与原油降解相关的关键酶基因,包括儿茶酚双加氧酶、烷烃单加氧酶和烷基磺酸单加氧酶。这些酶有助于分解烃链,从而提高原油降解的效率。
以往的研究主要集中在PSB在其他生态系统(如土壤和淡水)中的作用(Girigiri等,2019年;Li等,2025年;Wang等,2024年)。然而,由于海洋环境与其他生态系统在微生物群落动态和降解过程上的差异,需要进一步研究。特别是PSB在海洋环境中促进原油降解的作用尚未得到系统研究。此外,PSB的磷酸盐溶解作用对本土碳氢化合物降解微生物的刺激作用也尚未被探究。基于现有研究(Dastager和Damare,2013年;Wang等,2024年;Wang等,2025年),我们假设接种PSB可以通过磷酸盐溶解作用提高磷酸盐的可用性,从而增强微生物的酶活性,促进海水中的原油降解,并重塑本土微生物群落的结构。
在之前的研究中,我们筛选出了具有原油降解能力的PSB-1菌株,并通过实验室实验研究了它们对原油降解、磷酸盐溶解及其机制的影响(Wang等,2025年)。本研究旨在模拟海洋环境条件,评估PSB-1在钙磷酸盐胁迫下修复受原油污染海水的作用,以及PSB-1对海洋环境中原油污染生物修复过程中本土微生物的影响。通过测量石油烃降解程度、可溶性磷酸盐浓度和酶活性的变化来评估PSB-1的活性。还利用宏基因组测序技术分析了PSB-1接种对海水中本土微生物群落丰度和多样性的影响,为制定有效的生物修复策略提供了依据。