综述：煤的生物降解与增溶研究进展

本综述系统评述了2014-2024年间煤及煤废弃物的生物降解与增溶研究进展，重点探讨了真菌/细菌（Fungi/Bacteria）的催化机制（如漆酶LAC、木质素过氧化物酶LiP）、好氧/厌氧（Aerobic/Anaerobic）代谢途径及其在生物甲烷化（Bio-methanation）、腐殖质（Humic substances）生产和矿区生态修复中的应用价值，为开发清洁煤技术提供了关键理论支撑。

　　

微生物驱动的煤转化机制

煤的复杂结构使其成为难降解材料，仅有少量真菌和细菌能分解这种碳质基质。近年研究发现，微生物通过附着在煤颗粒表面形成生物膜（图1），分泌碱性物质、螯合剂和表面活性剂实现煤的液化。真菌如Neosartorya fischeri通过增加过氧化物酶体数量促进氧化反应，而细菌如假单胞菌（Pseudomonas）则通过菌毛结构增强表面接触效率。

好氧与厌氧降解的双路径模式

好氧降解依赖氧化酶系（如LAC、LiP、锰过氧化物酶MnP）裂解芳香环结构，产生CO₂、腐殖酸和微生物生物量；厌氧降解则通过水解、酸生成、乙酸生成和甲烷生成四阶段将煤转化为CH₄和CO₂（表1）。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析证实，降解后煤体含氧官能团（羧基、羟基）显著增加（图2），且水解产物以芳香化合物和有机酸为主。

关键酶系的催化作用

漆酶（LAC）是当前唯一被功能鉴定的煤降解酶，其重组表达可促进腐殖酸释放；酯酶（Esterase）通过水解酯键降低煤分子量；单加氧酶（Monooxygenase）和双加氧酶（Dioxygenase）则分别催化C-S键断裂和芳香环开环。厌氧环境中，编码水解酶（bamA基因）和甲烷代谢关键酶（mcrA基因）的微生物群落主导生物甲烷化过程。

真菌与细菌的协同降解

真菌（如Fusarium oxysporum、Penicillium chrysogenum）主要分泌胞外酶解聚大分子，细菌（如Bacillus、Pseudomonas）则负责小分子代谢。混合菌群降解效率比单一菌株提升3倍以上，例如Exiguobacterium与Serratia consortium可使煤质量减少30%。近年从煤矿环境中分离的植物根际促生菌（PGPR）还兼具土壤改良功能。

厌氧甲烷化的生物工艺

煤床甲烷（CBM）的生成依赖古菌（Archaea）与细菌的互营关系：水解细菌（如Thielavia、Clostridium）分解煤中有机物产酸，产甲烷古菌（Methanosarcina、Methanobacterium）通过乙酸裂解（Acetoclastic）或氢营养（Hydrogenotrophic）途径合成CH₄（图3）。添加乙醇等刺激剂可促进氢营养型甲烷生成，使甲烷产量提升2-3倍。

腐殖质生成与土壤修复应用

微生物降解低阶煤产生腐殖酸类物质（Humic acid-like substances），提取率可达67.4%（w/w）。这些物质作为电子穿梭体促进养分螯合，并通过调控衰老相关基因（CYP、NAC2、LOX）增强植物抗逆性。南非Fungcoal技术通过接种真菌（Neosartorya fischeri）和丛枝菌根真菌（AMF），成功将煤废弃物转化为富腐殖质土壤材料，支持狗牙根（Cynodon dactylon）等植物生长。

生物技术应用与前景

煤生物转化技术已实现三大应用：① 生物甲烷反应器规模化产CH₄；② 腐殖酸提取用于农业肥料；③ 矿区生态修复（Technosols制备）。未来需通过合成生物学手段优化酶系表达（如CRISPR编辑LAC基因），并结合多组学分析揭示代谢网络瓶颈，推动该技术从实验室向工业级转化。