化学溢油分散剂对石油降解微生物的生理生态过程影响

The application of chemical dispersant as a response action to oil spills in the marine environment has been a common practice. However, the use of dispersants is highly debated currently. However, little is known about how dispersants affect the composition of microbial communities or their biodegradation activities. We are only at the beginning to understand the effects of dispersants on microbial activities. In the present proposal, microcosm-based DNA-stable-isotope probing (SIP) experiments in tandem with 16S rRNA (gene) amplicon sequencing (Illumina HiSeq) are employed to unambiguously identify hydrocarbon-degrading bacteria and evaluate the oil biodegradation rate in the presence and absence of dispersants and in typical coastal waters. Single cell analyses with CARD-FISH, nanoSIMS are performed to get - for the first time- single-cell activities of hydrocarbon degraders in the presence and absence of dispersants. The expected outcomes of this project are to help us to better understand the impact of dispersant on oil degrading microorganism, as well as provide the scientific theoretic facts for diespersant using. And the study also has important ecological value and guiding significance to disposal marine oil contamination.

在处理海洋溢油污染中，投加化学分散剂是国内外应急处置和减轻污染的常用手段。分散剂能迅速乳化溢油使油分散在水中，并促进微生物对石油的降解。然而，分散剂的使用一直受到争议，目前分散剂对石油降解微生物及其降解效率的整体效应知之甚少。据此，该项目针对我国近岸典型水体，拟采用稳定性同位素核酸探针技术（DNA-SIP）、耦合高通量测序和环境微生物基因组学分析等分子生态学技术，并结合化学分析实验，研究投加分散剂对石油降解微生物群落及其石油降解速率的影响，揭示水体中活性石油降解菌的重要生理代谢过程。同时，本项目首次联用酶联荧光原位杂交技术（CARD-FISH）和纳米二次离子质谱技术（nanoSIMS），进一步在单细胞水平揭示海洋活性石油降解微生物的代谢特征。项目成果将有助于加深了解分散剂对海洋微生物生态功能的环境效应，也为溢油事故中分散剂的使用提供科学理论依据，具有重要的生态价值和现实指导意义。

投加化学分散剂是国际上应急处置海洋溢油污染的常规手段之一。分散剂能迅速乳化溢油，增加其在海水中的溶解度，减少在海面上的石油积累量，并以期促进石油的微生物降解过程。然而，作为外源有机物的分散剂，其在海洋中的使用一直受到争议。目前分散剂对海洋微生物群落和功能、及石油的微生物降解效率的影响机制仍知之甚少。本项目针对我国从北到南的渤海湾、东海、深圳湾和南海北部等4个环境各异的海域近岸典型海水，采用海水石油污染模拟培养实验，结合Miseq高通量测序、荧光定量PCR、气质联用质谱仪分析、以及基于14C-石油组分和3H-亮氨酸的放射性同位素示踪等技术，揭示了不同海域中的主导活性石油降解菌群及其代谢特征，明晰了中国分散剂捷菲特、欧美分散剂Corexit 9500和Slickgone NS、以及生物表面活性剂鼠李糖脂对不同海域中微生物群落结构、石油降解菌群及其石油降解效率的影响。结果表明：（1）4个海域中的主导石油降解微生物菌群有显著差异，且不同海域中微生物降解石油烷烃和多环芳烃组分的代谢速率及规律各异；（2）在4个海域中均发现石油污染后，投加分散剂显著改变了海水中原有的石油降解微生物菌群，不同分散剂处理中的石油降解菌群显著差异；（3）不同海域海水中均发现能降解分散剂的微生物菌群；（4）在4个海域中不同分散剂对海水的微生物石油降解速率影响各异，呈现出促进、抑制或没有显著影响等3种情况。总体结果如下：鼠李糖脂对石油的微生物降解效率均为促进作用，而Corexit 9500则均为抑制作用；捷菲特在东海、深圳湾、三亚湾海域表现为促进作用，而在渤海湾为抑制作用；Slickgone NS 在三亚湾为抑制作用。该项目首次在大尺度上，探明了中国和欧美分散剂对我国海洋石油污染微生物降解过程的影响，为我国紧急应对海洋溢油污染、及科学选择和使用分散剂提供重要参考和直接指导，促进溢油的微生物修复技术研发，并为保护海洋生态环境提供科学依据。