来自石油化工行业相关活动的土壤污染对全球环境构成了广泛而持久的挑战。石油的开采、储存和运输过程导致了大量“棕地”污染区的形成，尤其是在历史悠久的工业区[1]，[2]。这些地区的污染特征主要是总石油烃（TPHs）。值得注意的是，经过长时间的环境暴露后，这些TPH混合物会经历显著的风化，使得易挥发和易生物降解的轻质组分消失。这导致顽固的高分子量（HMW）组分（如C17-C40）的积累。这些重质组分通常富含复杂的分支烷烃、环烷烃和多环芳烃（PAHs），它们以其化学稳定性和低生物可利用性而闻名[3]，[4]。由于这些老化污染物与土壤基质的强吸附作用，它们的生物可利用性很低，通过长期毒性及可能的致癌效应对生态系统健康和人类安全构成重大威胁[5]，[6]。
已经有多种修复技术被用于处理受TPHs污染的场地。物理技术（如挖掘和热脱附）可以快速减少污染物的数量，但常常受到高成本、大量能源消耗以及严重破坏土壤生态系统的影响[7]，[8]。化学方法（如原位化学氧化）可以分解持久性化合物，但存在高费用和对本土土壤微生物群落的潜在负面影响[9]，[10]。生物修复利用微生物的代谢能力来分解或解毒污染物，通常被认为是一种更可持续、环保且成本效益更高的方法[11]。例如，Feng等人[12]利用生物刺激技术显著增强了受污染土壤中TPHs的自然生物降解率，从12.2%提高到44.5%。此外，Muthukumar等人[13]使用Pseudomonas aeruginosa PP3和PP4混合物对原油污染的土壤进行了生物强化，实现了高达83.0%的生物降解率。
生物修复的效率依赖于微生物群落的协调作用。与依赖本土微生物组固有能力的自然降解不同，其效果常常受到风化污染物生物可利用性有限、营养缺乏或复杂烃类所需分解途径缺失等因素的限制[14]。为了解决这些问题，添加能够高效降解的专门微生物或微生物群落（生物强化）被认为是一种有价值的方法[15]。主流的修复策略，如细菌群落生物强化和植物-微生物联合修复，已经得到了广泛研究。然而，在深层风化土壤中（例如深度大于5米），营养耗竭和极端环境压力会阻碍接种细菌的长期存活或根系相关系统的建立[16]，[17]，[18]。
最近，人们对真核微生物（尤其是酵母）的贡献给予了更多关注。与细菌相比，真菌和酵母具有多样化的代谢途径和强大的细胞外酶系统（如细胞色素P450单加氧酶），使它们能够降解更广泛的复杂烃类[19]，[20]，[21]。例如，丝状真菌（如Aspergillus和Penicillium）和酵母（如Yarrowia lipolytica和Candida tropicalis）在分解长链烷烃和多环芳烃方面显示出显著潜力[22]，[23]，[24]。与传统细菌或植物修复方法相比，基于酵母的技术具有明显的实际优势[25]，[26]：（i）高韧性：Saccharomyces cerevisiae的强健真核细胞壁使其能够在高毒性和营养贫瘠的深层土壤中存活；（ii）经济效益：接种剂可以来自发酵行业的低成本副产品，便于大规模应用；（iii）实施简单：酵母作为生态系统工程师或先锋物种，能够快速打破功能停滞，而不需要像植物系统那样的复杂维护要求。因此，基于其强大的耐受性、在多个组学领域中特征明确的代谢途径以及高工业可用性，选择S. cerevisiae作为本研究的功能微生物。我们假设S. cerevisiae可以作为一种生态系统工程师，打破本土微生物群落的功能停滞，显著加速降解动力学，可能在比传统生物刺激更短的时间内实现高去除效率。
尽管取得了进展，但在实际条件下的生物强化效果仍不稳定。关于接种后的复杂生态相互作用（包括引入物种的持久性和操作稳定性，以及它们与适应良好、具有抵抗力的本地微生物种群之间的复杂关系，如竞争、协同作用和捕食）的知识仍然不足[27]。解决这个问题需要系统层面的理解。宏基因组学作为一种强大的工具，超越了“黑箱”评估，提供了关于群落内的分类组成、功能基因能力和代谢途径的详细概述，有助于揭示生物修复过程的机制[28]，[29]。
为了研究风化土壤中TPHs的生物修复效率和机制，我们在中国北部一个已运营了几十年的废弃石化设施收集了土壤样本进行污染物检测和降解。使用S. cerevisiae细胞来强化风化TPHs的分解，并通过促进协同作用来改善现有的微生物群落。研究目标包括：（i）定量评估并比较使用酵母生物剂进行生物刺激与生物强化在修复风化TPH污染土壤方面的有效性，特别关注多阶段降解动力学；（ii）通过宏基因组分析、化学和物理化学评估，揭示驱动修复过程的微生物生态机制。
