地衣芽孢杆菌SP01降解Cr3+交联部分水解聚丙烯酰胺的残留抑制机制及生物修复策略

针对聚合物凝胶形成后残留Cr3+抑制部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）生物降解、降低原油采收率的问题，研究人员从大庆油田分离出以HPAM为唯一氮源、原油为碳源的地衣芽孢杆菌SP01，揭示Cr3+通过抑制微生物生长（生物量下降43.9%）和酶活性（酰胺酶/脲酶活性降低35.2%/19.5%）使HPAM降解率降低7.25%，并提出37.10%的优化降解方案，为微生物驱油（MEOR）和环保治理提供新策略。

　　

在油田开采中，聚合物凝胶调驱技术是提高原油采收率的重要手段，但残留的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和交联剂Cr³⁺会堵塞油藏孔隙，反而降低采油效率。更棘手的是，这些残留物还会污染生产水，其中HPAM可能降解为有毒的丙烯酰胺单体，而Cr³⁺存在转化为剧毒Cr⁶⁺的风险。尽管微生物降解HPAM被视为环保解决方案，但Cr³⁺对降解过程的抑制机制始终是研究空白。

西南石油大学与马来亚大学的研究团队创新性地从大庆油田生产水中分离出一株能以HPAM为唯一氮源、原油为碳源的地衣芽孢杆菌SP01。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、高效液相色谱（HPLC）和扫描电镜（SEM）等技术，团队首次系统揭示了Cr³⁺对HPAM生物降解的抑制规律，相关成果发表在《International Biodeterioration》上。

关键技术方法
研究采用大庆油田含HPAM（500 mg/L，分子量3×10⁶）的生产水为样本，通过选择性培养基（HPAM为氮源、原油为碳源）分离优势菌株；通过16S rRNA鉴定菌种；运用FTIR分析HPAM结构变化，HPLC检测降解产物，SEM观察形态改变；采用Box-Behnken设计（BBD）优化降解条件。

研究结果

1. 菌株分离与鉴定：从20株候选菌中筛选出生长最快的SP01菌株，经鉴定为地衣芽孢杆菌，其以HPAM为氮源时的降解率达39.66%。
2. Cr³⁺抑制效应：Cr³⁺使降解率降至32.41%，生物量下降43.9%，酰胺酶和脲酶活性分别降低35.2%和19.5%，表明Cr³⁺通过双重抑制（微生物生长+酶活性）阻碍HPAM降解。
3. 降解途径改变：碳氮平衡分析显示Cr³⁺改变了HPAM降解终产物，可能生成更多小分子羧酸而非完全矿化产物。
4. 油藏条件优化：在温度45℃、pH 7.5、盐度5 g/L时预测最佳降解率为37.10%，接近无Cr³⁺抑制时的水平。

结论与意义
该研究首次阐明Cr³⁺通过干扰微生物代谢通路抑制HPAM降解的分子机制，提出地衣芽孢杆菌SP01在含Cr³⁺油藏中的生物修复潜力。其创新点在于：① 建立HPAM-原油双底物降解体系；② 揭示Cr³⁺对酰胺酶/脲酶活性的特异性抑制；③ 提供兼顾采收率提升（解决堵塞）和环保治理（减少HPAM残留）的MEOR方案。未来可进一步探索Cr³⁺耐受菌株的定向进化及现场应用参数优化。