海洋微生物通过“海油雪”聚集物促进泄漏石油风化的研究

Biodegradation mediated by marine indigenous microorganisms is the main process of the weathering of marine spilled oil. Recent studies have indicated that the formation of "marine oil snow" (MOS) has promoted the biodegradation of marine spilled oil. However, the related key problems on petroleum hydrocarbon degradation (PHD) microbial community succession and petroleum hydrocarbon metabolic pathway have not been solved. In view of the current knowledge gap, this project intends to reveal the degradation process and transformation path of petroleum component in the formation process of MOS, and the succession of the species and function of the PHD microbes, through the laboratory simulation experiment of MOS, combining the mass spectrometry of the PHD products and the metagenomics analysis of the microbial community. Based on the results, the complete metabolic pathway of PHD in the formation process of MOS is constructed, and the dynamic pattern and characteristics of PHD are elucidated. The study on isolation and culture of single strain of PHD as well as the interspecific effect and analysis of the bioactive species and functional genes of PHD in the field MOS can validate and perfect the conclusion of laboratory simulation research. In addition, we also try to study the magnitude, path and influence range of the transport of petroleum hydrocarbon pollutants and metabolic genes in the South China Sea, combined with the marine dynamics model. This topic will help us to further understand the important role of MOS and the associated microorganisms in promoting the weathering of spilled oil and driving the biogeochemical cycle of the elements such as carbon, nitrogen and sulfur.

海洋内源微生物介导的生物降解是海洋溢油风化的主要过程，最近的研究指出“海油雪”的形成促进了海洋溢油的生物降解。但是海油雪中石油烃降解微生物群落演替以及石油烃代谢路径等关键问题还未解决。针对当前知识缺口，本课题拟通过实验室海油雪模拟实验，结合石油烃降解产物的质谱分子解析和微生物群落的宏基因组分析，揭示海油雪形成过程中石油组分的降解过程和转化路径，石油烃降解微生物群物种和功能的演替变化，从而构建海油雪形成过程中石油烃降解的完整代谢通路，阐明其动态模式与特征。通过石油烃降解单菌株的分离培养和种间效应的研究以及实地海油雪样品中石油烃降解活性物种和功能基因的分析，验证和完善实验室模拟研究结论。另外，课题还尝试结合海洋动力学模型，研究海油雪石油烃污染物和代谢基因在南海海域输运的大小、路径和影响范围。本课题将有助于我们深入了解海油雪及其微生物对于促进溢油风化和驱动碳氮硫等元素生物地球化学循环的重要作用。

海洋内源微生物介导的生物降解是海洋溢油风化的主要过程，最近的研究指出“海油雪”的形成促进了海洋溢油的生物降解。本课题围绕溢油风化和海油雪介质，结合现场采样调研和实验室模拟开展了系列研究，主要研究成果包括：（1）南海石油污染以及对有色溶解有机物和微生物多样性的影响。证明了中国南海石油污染在水平和纵向上与海流输运有密切关联；明确了脂肪烃氧化和脂肪酸β-氧化功能基因与石油污染的内在关联性；发现石油污染对于嗜盐单胞菌、弧菌、食烷菌、海杆菌、解环菌、不动杆菌、希瓦氏菌等石油烃降解菌的富集作用；系统揭示海洋溢油污染对有色溶解有机物和微生物多样性的影响。（2）海洋溢油的风化过程以及对金元素地球化学循环的影响。揭示在石油风化过程中除了碳氢化合物的挥发风化外，氮化合物也发生一定程度的氧化，这丰富了人们对石油短期风化过程的认识；揭示超氧自由基(O2·-)在金离子光还原形成纳米金颗粒过程中发挥了关键作用；发现石油分散剂主要成分Tween 80/85对天然纳米金颗粒形成有显著促进作用，并且形成的纳米金颗粒形状具有多样性；揭示溢油或分散溢油可能通过光还原作用促进天然纳米金或银的生成，从而抑制海雪或湖雪形成的途径。（3）海油雪形成机制以及微生物群落的演替。发现海油雪形成过程中脂肪酸不断积累，表明脂肪酸β-氧化是一个相对较慢的反应，是决定石油烃微生物降解速率的关键步骤；揭示海油雪形成过程中石油烃降解微生物的演替过程，即石油烃降解先锋菌和次级降解菌演替；通过海油雪石油组分分析，结合微生物石油烃代谢路径，建立了海油雪中石油烃微生物降解路径；发现石油烃降解菌中存在许多能产生大量胞外聚合物（EPS）的细菌，指出石油烃降解菌和EPS分泌菌之间的协同作用。（4）纳米金属颗粒对海雪和湖雪形成的影响及其微生物机制。证明EPS是形成海雪颗粒的关键生物机制；发现纳米颗粒对湖雪的抑制作用更明显，因其在湖水中稳定性更高；揭示溢油石油烃组分通过包裹天然纳米颗粒从而附着进入海雪或湖雪颗粒的可能途径。总之，本课题将有助于我们深入了解海油雪的形成过程和微生物机制以及溢油风化对碳氮和金属元素生物地球化学循环的重要作用。

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