优化固体复合菌剂降解苯并[a]芘污染土壤的效果、微生物动态变化及机制

为解决高毒性苯并[a]芘(BaP)污染土壤修复效率低、传统液态菌剂稳定性差的问题，研究人员通过真空冷冻干燥技术开发了含脱脂奶粉(14%)、甘油(8%)和蔗糖(8%)的固体复合菌剂(SCBA)，其冻干存活率达(89.65±2.04)%，有效活菌数达1.50×1011 CFU/g。联合共代谢底物(CMS)使用60天后，BaP降解率提升至57.23%，显著改善土壤酶活性和微生物网络稳定性，为有机污染场地修复提供新技术方案。

　　

苯并[a]芘(BaP)作为典型的高分子量多环芳烃(HMW-PAHs)，因其强致癌性和环境持久性成为土壤修复领域的"顽固分子"。现有微生物修复技术面临两大困境：液态菌剂存活率低导致运输存储成本高昂，土著微生物竞争抑制外源菌株定殖效率。更棘手的是，BaP的疏水性使其易吸附在土壤颗粒上，传统物理化学处理方法不仅成本高，还可能破坏土壤生态功能。

针对这些挑战，国内某研究机构团队创新性地将真空冷冻干燥技术(VFDT)应用于环境修复领域。他们从煤化工污染场地筛选出三株高效降解菌——Achromobacter xylosoxidans BP1、Rhodococcus aetherivorans BW2和Lysinibacillus sp. BS3，通过响应面法优化保护剂配方，成功研制出冻干存活率近90%的固体复合菌剂(SCBA)。这项突破性成果发表在《Biochemical Engineering Journal》，为有机污染场地提供了"即用型"生物修复方案。

研究采用三大关键技术：1) 基于Box-Behnken设计的保护剂配比优化；2) 气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析降解产物；3) 高通量测序解析微生物群落动态。通过60天的土壤修复实验，团队系统评估了SCBA与共代谢底物(CMS)联用的协同效应。

【Screening of lyophilized protectant】

研究发现14%脱脂奶粉+8%甘油+8%蔗糖的组合能最大限度维持菌体活性，该配方使冻干菌剂有效活菌数达到1.50×10¹¹ CFU/g，远超工业菌剂标准。电镜观察显示，优化后的保护剂能在冷冻过程中形成均匀多孔结构，有效避免冰晶损伤细胞膜。

【Effects on soil remediation】

实验组JYC(活化菌液+CMS)和JFC(SCBA+CMS)的BaP降解率分别达57.23%和45.33%，较对照组提升41.35%和29.45%。值得注意的是，SCBA处理组的土壤脱氢酶活性提升2.1倍，荧光素二乙酸酯水解活性增加83%，表明微生物代谢活性显著增强。

【Microbial community analysis】

16S rRNA测序揭示，SCBA处理显著提高了Proteobacteria和Actinobacteria门菌群丰度，这两个门类包含多种已知的PAHs降解菌。共现网络分析显示，SCBA组微生物网络的平均聚类系数提高22%，说明菌群间形成了更紧密的协作关系。

【Degradation pathway】

通过GC-MS检测到邻苯二甲酸、水杨酸等中间产物，证实SCBA通过"苯环羟基化→双加氧酶裂解→三羧酸循环"的代谢途径降解BaP。特别在CMS存在时，菌群上调了nahAc和phnAc等关键降解基因的表达量。

这项研究不仅建立了SCBA的标准化制备流程，更揭示了固体菌剂-土壤微生物组的互作机制。相比传统液态菌剂，SCBA在常温下可保存6个月以上活菌率仍保持80%，大幅降低了运输和仓储成本。该技术已应用于某焦化厂污染场地修复工程，为有机污染土壤的绿色治理提供了可复制推广的解决方案。未来通过合成生物学手段进一步强化菌株降解能力，有望实现更复杂污染场地的精准修复。