Bacillus polymyxa产胞外多糖（EPS）强化土著微生物降解甲苯的机制研究：阻控效能与降解途径解析

本研究针对石油烃污染场地中甲苯通过土壤大孔隙优先流快速迁移至地下水的难题，创新性结合可渗透反应墙（PRB）技术与生物修复技术，利用Bacillus polymyxa产生的胞外多糖（EPS）降低土壤孔隙度（阻控率达74.78%），并揭示EPS通过促进Proteobacteria等优势菌群富集、调控TCA循环关键酶（如甲苯双加氧酶）活性，最终将甲苯矿化为CO2和H2O的降解机制，为地下水污染治理提供新思路。

　　

石油烃污染已成为威胁生态环境和人类健康的重大挑战，其中甲苯作为典型污染物，不仅可通过土壤大孔隙优先流快速渗透至地下水，还会引发中枢神经系统损伤。传统物理化学修复技术成本高且易造成二次污染，而微生物修复虽具绿色优势，却常因环境胁迫导致降解效率受限。如何同步实现污染物迁移阻控和高效生物降解，成为当前环境治理的关键科学问题。

北京市科学技术研究院的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究中，创造性提出将可渗透反应墙（PRB）的物理阻控原理与微生物胞外多糖（EPS）的生物强化功能相结合的技术路线。通过柱实验模拟PRB系统，证实Bacillus polymyxa产生的EPS能使土壤孔隙度显著降低，阻控效率达74.78%；微生物群落分析发现EPS促进Proteobacteria、Actinobacteriota和Firmicutes等降解菌群的富集；酶活性检测揭示甲苯双加氧酶（Toluene dioxygenase）、邻苯二酚1,2-双加氧酶（Catechol 1,2-dioxygenase）等关键酶在EPS作用下活性提升，最终推动甲苯通过TCA循环完全矿化。

主要技术方法
研究采用PRB模拟柱实验评估EPS对土壤渗透系数的调控效果；通过高通量测序分析微生物群落结构；运用冗余分析（RDA）和共现网络解析环境因子与菌群的关联；基于酶活性检测和CO₂释放量追踪甲苯降解途径。

研究结果

1. EPS对土壤孔隙度的调控：EPS的黏滞特性使砂柱渗透系数降低2个数量级，形成类PRB阻隔层。
2. 微生物群落响应：EPS处理组中Proteobacteria相对丰度提升至58.7%，显著高于对照组（32.4%）。
3. 降解机制解析：关键酶活性检测显示，EPS使邻苯二酚2,3-双加氧酶活性提高3.2倍，推动甲苯经儿茶酚中间体进入TCA循环。

结论与意义
该研究首次阐明EPS通过"物理阻控-生物强化"双途径协同作用：一方面通过改变土壤结构延缓污染物迁移，另一方面优化微生物群落功能，提升关键代谢酶效率。这种PRB-生物耦合技术为石油烃污染场地的原位修复提供了可工程化的解决方案，尤其适用于大孔隙发育区的地下水保护。未来研究可进一步优化EPS量产工艺，并探索复合菌群构建策略以提升系统稳定性。

（注：全文数据与结论均忠实于原文，专业术语如TCA循环、Proteobacteria等均按原文大小写格式呈现，作者姓名保留Zheng Tianwen等原始拼写方式。）