页岩气主采区土壤中生物表面活性剂功能基因对石油烃污染的响应

The shale gas production has been listed in the national strategic industry of China. But the soil will be contaminated by the petroleum hydrocarbons for the use of oil base drilling fluids. Microbial bioremediation is proved to be an effective strategy for the treatment of petroleum hydrocarbon contaminated soil. Biosurfactant attracts extensive attention for the improvement on the bioavailability of petroleum hydrocarbons and for the low environmental toxicity. However, former researches focused more on the addition of exogenous biosurfactant. The biosynthesis potential of biosurfactant conducted by indigenous microorganism was ignored.. The key functional genes (rhlAB and sfp), which are involved in the biosynthesis of typical biosurfactants (rhamnolipid and surfactin), will be chosen as research objectives. FQ-PCR and high-throughput sequencing will be used to study the response of functional gene abundance to petroleum hydrocarbon concentration. It is expected that the microbial mechanism of the specific response will be revealed. This research will contribute to exhibit the mechanism of microbial bioremediation of petroleum hydrocarbon contaminated soil, and to provide new perspectives for the soil self-purification and bioremediation strategy at the gene level.

我国已将页岩气开发纳入国家战略性新兴产业。页岩气开采过程中，油基钻井液的大量使用极易造成土壤的石油烃污染。微生物修复被证明是石油烃污染土壤修复的有效手段。生物表面活性剂因其可显著提升石油烃的生物有效性且环境毒性小而获得广泛关注。然而，以往研究多聚焦于外源性生物表面活性剂的投加，却忽视了土著微生物通过次级代谢合成生物表面活性剂的潜能。.本项目拟选择典型生物表面活性剂（鼠李糖脂和表面活性肽）的关键功能基因（rhlAB和sfp）作为研究对象，利用荧光定量PCR和高通量测序技术，解析页岩气主采区土壤中上述功能基因丰度对石油烃浓度的响应模式，并结合微生物群落特征探究该模式的微生物学机制。研究结果将有助于从生物有效性的角度探究石油烃污染土壤的微生物修复机理；并从基因层面为研究石油烃污染土壤的自净潜能及其强化修复策略提供科学依据。

页岩气开采区土壤面临着不同程度的石油烃污染，微生物修复被认为是可靠的修复方法，土壤微生物在有机物的分解与转化过程扮演重要角色。本文利用涪陵区页岩气开采区内无污染土壤和钻探所用油基钻井液，开展土壤污染模拟实验，研究低（TPH=6047 mg/kg）、中（TPH=14959 mg/kg）、高（TPH=37814 mg/kg）三个浓度污染土壤中石油烃的自然衰减规律，分析各时期土壤微生物的多样性和群落组成动态变化，识别出石油烃耐受菌群与敏感菌群，阐释生物表面活性剂功能基因对石油烃污染的相应特征。本研究的结果如下：.（1）低、中、高浓度组的总石油烃含量分别由6047 mg/kg降低至2660 mg/kg、14959 mg/kg降低为6337 mg/kg、37814 mg/kg降低为19958 mg/kg，去除率分别为56.02%、57.64%、47.22%。其中，＞C12~C16组分、＞C16~C21组分、＞C21~C34组分的去除率分别在42.91~57.83%、32.46~63.24%、＞C21~C34之间。.（2）经石油烃污染刺激后，低、中、高浓度的石油烃均改变了土壤微生物在门水平的群落组成，中、高浓度石油烃污染对群落组成的影响大于低浓度的。门水平上，Proteobacteria、Actinobacteria受石油烃污染的促进，而Acidobacteria、Verrucomicrobia、Chloroflexi、Thaumarchaeota受石油烃污染的抑制，Planctomycetes能耐受低浓度石油烃污染；属水平上，Brukholderia-Caballeronia- Paraburkholderia、Alanaindiges等对石油烃污染呈现正响应,Candudatus_Udaeobacter等属对中、高浓度石油烃污染呈现负响应。.（3）高浓度组均对微生物表面活性剂的表达表现出促进作用，而在培养第15天和第22天这两个批次中，高浓度组则对微生物的相关功能表达表现出抑制作用。表现出时间和浓度双重变量下的分异特征。