《Marine Pollution Bulletin》：Laboratory-scale simulation study on the bioremediation of marine oil pollution by phosphate-solubilizing bacteria
Bacillus subtilis PSB-1
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海洋环境中兼具解磷与原油降解能力的解磷菌PSB-1对石油污染生物修复的影响研究。实验室模拟海油泄漏修复实验表明，PSB-1接种30天后原油降解效率达60%，同步提升溶解磷浓度170%至47.36 mg/L。基因组学分析显示该菌通过分泌有机酸和磷酸酶促进磷溶解释放，刺激土著烃降解菌增殖，重构微生物群落结构。
杜卓荣|李珍珍|陈轩琦|刘梅|冯丽娟|李倩|陈志|陈庆国
中国浙江省海洋大学港口石化工业污染控制重点实验室，舟山，316022
摘要
磷酸盐溶解菌（PSB）因其能够将不可利用的磷酸盐转化为可利用的形式而闻名，然而，关于在海洋环境中同时具备磷酸盐溶解和原油降解能力的PSB的研究尚未展开，这些细菌在海水石油污染微生物修复中的作用也需要进一步探讨。本研究通过实验室模拟的海洋石油泄漏生物修复实验，探讨了具有原油降解能力的PSB（本研究使用的PSB-1菌株）在海洋环境中对本土微生物降解石油烃的作用。实验结果表明，PSB-1显著增强了原油的去除效果，在原油浓度为1 g/L的条件下，30天后原油去除效率达到了60%；同时，海水中可溶性磷酸盐的浓度增加到了47.36 mg/L，比对照组高出170%。宏基因组分析进一步表明，PSB-1的磷酸盐溶解活性不仅提高了磷酸盐的可用性，还促进了本土碳氢化合物降解微生物的生长和演替，从而改变了微生物群落结构并提升了整体降解能力。这些发现突显了PSB-1在促进海洋环境中原油生物降解方面的生态重要性，并为受原油污染的海水生物修复策略提供了新的见解。
引言
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。
实验部分
实验地点描述、样品采集和PSB筛选
从中国浙江省舟山市一个码头附近的沿海区域采集了受原油污染的海水样品（29° 57′ N, 122° 11′ E）。
本研究中使用的磷酸盐溶解菌株是从受原油污染的水样中分离得到的。经过一系列稀释后，将样品接种到改良的Pikovskaya固体培养基上。在培养过程中，选取了具有明显磷酸盐溶解晕圈的单个菌落。
原油降解
图2a显示了模拟实验过程中上层海水中原油浓度的变化。从第0天到第12天，CK组上层海水中的原油浓度逐渐增加。这种增加可以归因于石英砂中释放的原油。此外，原油的毒性阻碍了微生物的适应，导致微生物活性降低。
结论
本研究探讨了PSB-1菌株在钙磷酸盐胁迫条件下对原油去除、上层海水中可溶性磷酸盐浓度以及酶活性的影响。结果表明，接种PSB-1显著增强了原油的降解效果，30天后平均去除效率达到了60%。上层海水中可溶性磷酸盐的浓度也有所增加。
作者贡献声明
杜卓荣：撰写——初稿、方法学、实验设计。李珍珍：撰写——初稿、方法学、实验设计。陈轩琦：方法学、实验设计。刘梅：撰写——审稿与编辑。冯丽娟：撰写——审稿与编辑、资金申请。李倩：撰写——审稿与编辑。陈志：撰写——审稿与编辑。陈庆国：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、指导、资金申请、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：42576142）、中国石油洛阳石化工程有限公司（编号：HXKJ2024059）以及舟山市科技合作（活性设计）项目（编号：2023C13015）的支持。
