海洋悬浮溢油微生物强化降解与地球化学特征指标研究

Marine suspended oil spill after oil dispersants action was selected as the research object, and the core problem of microbial enhanced degradation efficiency on marine suspended oil spill. Based on the hydrocarbon degrading bacterial strains preserved in the laboratory, with suspended oil spill as the only carbon source, screening the high efficient hydrocarbon degrading bacteria of low temperature resistance and salt tolerance, to research the biochemical process of hydrocarbon degradation bacteria metabolism, to analyze the key intermediate metabolites of HPLC-TOF-MS; Analyzing the community abundance and structure of petroleum hydrocarbon degradation bacteria by the traditional culture method and molecular techniques such as PCR-DGGE, gene sequencing and phylogenetic tree construction, etc; Through analysis the change trand of oil chemical fingerprinting by GC-FID, GC-MS of saturated and aromatic hydrocarbons and biomarkers, and the δ13 C values by GC-IRMS of the total and individual hydrocarbons in suspended oil spill, to screen and determine the geochemical indices to characterise the different biodegradation process for microbial enhanced degradation of marine suspended oil spill; Establishing the change relationship between the microbial community of petroleum hydrocarbon degradation bacteria and biological geochemistry characteristic indices of marine suspended oil spill. The research will provide important basis for application and promotion of marine oil spill bioremediation.

本项目以消油剂作用后的海洋悬浮溢油为研究对象，以海洋悬浮溢油微生物强化降解效能评价为核心，基于实验室保藏的石油烃降解菌株，以悬浮溢油为唯一碳源进行驯化，优选低温、耐盐的高效石油烃降解菌，研究石油烃降解菌强化降解的生物化学过程，采用HPLC-TOF-MS分析关键性中间代谢产物；采用传统培养法和PCR-DGGE、基因测序与系统发育树分析等分子生物学手段，解析石油烃降解菌微生物群落丰度和群落结构的变化；利用GC-FID、GC-MS、GC-IRMS等仪器手段剖析海洋悬浮溢油微生物降解过程中正构烷烃、芳香烃、生物标志化合物等石油烃组分和全油碳同位素、单体烃碳同位素δ13 C值变化与规律，分类筛选确定适用于海洋悬浮溢油微生物强化降解不同阶段的地球化学特征指标。建立高效石油烃降解菌微生物群落变化与海洋悬浮溢油地球化学特征指标变化之间的关联模式，为海洋溢油生物修复应用提供理论基础。

本项目从三个相关联的方面开展了海洋悬浮溢油微生物强化降解与地球化学特征指标研究，包括强化降解生物化学过程，不同时期的地球化学表征指标和高效石油烃降解菌群落变化与石油烃组分变化关联模式。综述了消油剂使用后微生物强化降解的生物化学过程，厘清了溢油的行为方式、存在形式与颗粒物的作用，研发了适宜不同石油烃溢油微生物降解菌群，构建了石油烃降解微生物菌群筛选方法体系，建立了石油烃微生物降解菌剂海洋生态评价方法，剖析了微生物修复菌剂和表面活性剂对海洋微藻的急性毒性。研究了微生物降解过程中石油烃总浓度和正构烷烃、芳香烃、生物标志化合物等石油烃组分的浓度分布，厘清了不同油品敏感指标（化合物和诊断比值）分布规律，构筑了原油、轻质燃料油和重质燃料油的判别方法，构建了油品色谱峰面积自动积分方法，建立了油品逐级鉴别体系。探讨了温度、分散剂和营养盐对溢油发生前后微生物群落组成的影响，建立了原油降解、生物量和酶活性之间的关联，揭示了烷烃、多环芳烃生物摄取机制，剖析了石油烃降解菌、生物表面活性剂和营养盐对海洋溢油降解的协同机制，探索了表面活性剂对油/水界面的调控机理，构筑了石油烃降解菌/壳聚糖海洋溢油分散剂，大幅提高了石油烃的分散效率、降解效率和使用周期，实现了海洋溢油的绿色高效处理。.四年来，在国家自然科学基金项目（41376084）资助下，共发表SCI收录论文29篇，其中SCI一区论文11篇，SCI二区论文6篇, IF值大于5的SCI 论文9篇，IF值大于9的SCI论文2篇，1篇为ESI高被引论文（top 1%）。相关研究成果发表在Appl. Catal. B-Environ., ACS Sustain. Chem. Eng., Environ. Sci. Technol., Bioresource Technol., Mar. Pollut. Bull., Energ. Fuel., Chem. Eng. J.,等期刊上。授权国家发明专利利4项，授权实用新型专利2项；受理国家发明专利7项。基于本人在海洋溢油生物修复方面取得的研究成果和国际性影响，连续多年受加拿大环境部应急技术中心主任Dr Carl E Brown博士和国际最著名的AMOP年会邀请做大会报告。此外项目共培养研究生21名，项目组1人获得教育部新世纪优秀人才资助。