硝化细菌与路德维希肠杆菌协同促进煤矿垃圾场土壤多环芳烃生物降解的创新研究

本研究发现硝化细菌与路德维希肠杆菌（Enterobacter ludwigii）在厌氧条件下通过协同代谢显著提升多环芳烃（PAHs）降解效率。该研究创新性地构建了由自养硝化菌（产生硝酸盐）和异养反硝化菌（利用硝酸盐作为电子受体）组成的微生物联盟，为煤矿污染土壤的生物修复提供了新策略。实验证实联合施用可使芘和菲的降解率提升30%，凸显了硝酸盐供给对PAHs厌氧降解的关键作用。

　　

亮点

研究区域

东顿巴斯是俄罗斯西部最大的煤盆地和燃料能源工业中心。罗斯托夫地区存在至少600个煤矿垃圾场。土壤样本采集自垃圾场底部上层土壤（0-20厘米），立即用于微生物学、宏基因组学分析及理化性质、重金属和多环芳烃污染水平检测。

多环芳烃和重金属对富集培养物硝化活性的影响

硝化菌富集培养物的铵氧化活性为30.3±2.8微克氮/小时/克，亚硝酸盐氧化活性为14.7±0.0微克氮/小时/克。低分子量烃类（如萘）毒性最强，在0.1毫克/千克浓度下即导致硝化活性显著下降（P<0.05），而芘的毒性最低（图2）。仅当芘浓度达到100毫克/千克时才会抑制铵氧化活性。

讨论

富集培养物中以亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）、硝化矛菌（Nitrolancea）和硝化螺旋菌（Nitrospira）为优势菌属。这些菌属常见于重金属污染土壤及煤矿废水处理系统。高污染土壤中铵氧化细菌的数量远超古菌。亚硝化单胞菌（Nitrosomonas communis）在富含多环芳烃的土壤中亦被检出，其通过铵单加氧酶（AMO）的低底物特异性可能参与烃类氧化。富集培养物对重金属（铅、铜、镉、锌）的耐受性与其在污染环境中的生存能力直接相关。路德维希肠杆菌（Enterobacter ludwigii）携带的萘双加氧酶（NDO）和芘双加氧酶（PYR）基因为其多环芳烃降解能力提供分子基础。硝酸盐的添加显著促进降解效率，印证了反硝化过程中电子受体供给的核心作用。

结论

路德维希肠杆菌（Enterobacter ludwigii）与硝化菌富集培养物（含亚硝化单胞菌Nitrosomonas communis和硝化矛菌Nitrolancea）联合施用使多环芳烃降解率在沙土中从9%提升至28%，在污染煤矿土壤中从7.5%提升至30%。该协同效应源于硝化菌产生的硝酸盐为反硝化菌提供替代电子受体，并通过氮源补充激活微生物群落功能基因。本研究为多环芳烃污染土壤修复提供了基于微生物协同代谢的创新方案。