构建人工真菌-微藻共生联合体用于海洋溢油生物修复：增强的降解性能与机制见解

《Process Safety and Environmental Protection》：Construction of an Artificial Fungal-Microalgal Symbiotic Consortium for Marine Oil Spill Bioremediation: Enhanced Degradation Performance and Mechanistic Insights

这是一篇学术论文的中文翻译。**摘要**构建了一个由黄孢原毛平革菌（*Phanerochaete chrysosporium*）、鲁氏酵母（*Candida rugosa*）和小球藻（*Chlorella vulgaris*）LH-1组成的人工真菌-微藻共生联合体（FMC），用于去除原油。接种体积比为1:1:5时，产生了最佳的联合体生长和去除性能。微生物形成了由真菌菌丝和微藻细胞交织而成的聚集体。在初始原油浓度为0.2 g/L时，可提取原油的最大表观去除率约为60%。在pH 7.5-8.5、35‰盐度和25-30 °C的条件下，保持了良好的性能。在检测到的有机酸中，苹果酸的增长幅度最大，达到了307.06%。转录组分析显示，与烃类和多环芳烃降解及脂肪酸代谢相关的基因表达上调。GO和KEGG分析表明，碳水化合物利用效率高，并富集了与多环芳烃和氯代烷烃降解相关的途径。GC-MS分析显示，长链正构烷烃的去除率为96.79%，联苯的去除率为82.02%，这代表的是底物去除而非完全矿化。正十八烷经历了末端羟基化、氧化为羧酸和β-氧化，而荧蒽则经历了初始羟基化。分子对接预测了芳香化合物与木质素过氧化物酶、脂肪酶和细胞色素P450之间的相互作用，这可能有利于它们的后续降解。**引言**海洋石油泄漏会导致海洋生态系统污染，影响生物多样性和生态系统功能。微生物降解由于其成本低、环境相容性好且二次污染少，是一种有效的修复策略。传统的生物修复方法包括引入石油降解微生物或添加营养物质以刺激本地微生物活性，从而增强石油烃的降解（Zhang等，2024）。原油含有分子结构、溶解度和生物可利用性差异巨大的脂肪烃和芳香烃。因此，这种复杂混合物的转化可能受益于结合不同生理和代谢功能的微生物联合体。真菌可以通过疏水基质延伸其菌丝，并通过胞外氧化酶转化结构复杂的烃类；而细菌则可以贡献广泛的分解代谢途径、快速利用中间产物以及产生生物表面活性剂。这些互补特性为构建用于石油生物修复的真菌-细菌联合体提供了重要基础（Rezaei和Moghimi，2024）。Yuan等人（2018）报道，将*博来菌*（*Scedosporium boydii*）引入本地细菌联合体中，增加了原油降解并促进了细菌在真菌菌丝上的生物膜形成。Atakpa等人（2022）将石油烃降解真菌*博来菌属*（*Scedosporium sp.*）ZYY与生物表面活性剂产生菌*不动杆菌属*（*Acinetobacter sp.*）Y2相结合，观察到总石油烃降解量增加。*鲍曼不动杆菌*（*Acinetobacter baumannii*）与*枝孢菌属*（*Talaromyces sp.*）的结合也促进了盐碱土中石油的去除，并与涉及烷烃和芳香烃转化的基因有关（Liu等，2022）。这些研究表明，真菌和微生物的合作可以改善烃的可及性，为细胞附着提供表面，并整合互补的转化途径。真菌-微藻联合体将真菌的菌丝生长和胞外代谢与微藻的光合作用结合起来，从而扩展了这一策略。在该系统中，真菌分泌胞外酶，在将原油中的复杂烃类降解为较简单的中间产物（包括脂肪酸和醇类）方面起着关键作用（Ghosh等，2023）。这些中间产物表现出水溶性并具有较高的生物可利用性，这有利于微藻的摄取和利用（Satpati等，2023）。同时，真菌菌丝网吸附微藻细胞，使其在水环境中保持稳定。真菌通过胞外多糖促进油滴的乳化，增强微藻与污染物之间的相互作用（Castor等，2024）。微藻通过光合作用将无机碳转化为有机碳，为真菌提供碳和能量。真菌衍生的中间产物同时被微藻代谢，以支持其细胞代谢，从而建立起一个协同降解系统（de Andrade等，2024）。除了增强原油降解外，真菌-微藻联合体还有助于生态功能的恢复（Dell’Anno等，2021）。共生系统产生抗氧化酶，包括超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶，这些酶可以清除活性氧并减轻与氧化应激相关的细胞损伤（Shen等，2024）。微藻和真菌将有毒化合物代谢为毒性较低或无毒的产物，或通过生物吸附和积累将其固定，从而降低其在环境中的浓度和毒性（Alaidaroos，2023）。微藻和真菌表现出协同的抗氧化和解毒活性。这些活性增强了共生群落原油污染环境中的稳定性和功能。真菌-微藻联合体可以通过共培养真菌和微藻来构建，允许合作伙伴之间进行密切的物理关联和互补相互作用。这些系统被描述为真菌-微藻共生系统或真菌-微藻联合体，并已应用于污染物去除（Mi等，2024；Wang等，2023）。这些相互作用支持了在受石油污染的海洋环境中使用真菌和微藻，以及在处理含油水中的用途（de Andrade等，2024；Anno等，2021）。然而，由两种真菌和一种微藻组成的联合体在海洋原油暴露下的表现，以及联合体结构、环境适应性、烃类去除和代谢反应之间的关系，需要系统的评估。本研究利用黄孢原毛平革菌（*P. chrysosporium*）、鲁氏酵母（*C. rugosa*）和小球藻（*C. vulgaris*）LH-1建立了一个人工真菌-微藻共生联合体（FMC），筛选了不同的共培养比例以确定最佳组合，并评估了其生长和原油去除性能。研究了温度、盐度和pH对表观去除及其时间模式的影响。进一步通过宏转录组学、有机酸分析、GC-MS和分子对接研究了石油烃的转化。**章节片段****材料和培养基**本研究使用的原油由中石化舟山石油转运有限公司（中国浙江省舟山市）提供。原油样品用正己烷萃取，并用无水硫酸钠去除萃取物中的残余水分。由正构烷烃和芳香烃组成的己烷可溶组分被回收，随后通过蒸干溶剂进行浓缩。所得残渣被定义为处理后的原油。**人工FMC的光学显微镜形态分析**补充观察证实，所选的共培养配置能够建立稳定的共生联合体。因此，进一步进行了显微表征以研究人工FMC的空间组织。显微镜观察表明，真菌和微藻形成了稳定的共生结构。三种微生物共培养系统的光学显微镜观察（图1）显示，真菌-微藻共生体表现出典型的……**结论**本研究建立了一个基于黄孢原毛平革菌、鲁氏酵母和小球藻的真菌-微藻联合体，并评估了其原油去除性能及相关转化途径。该系统在接种体积比为1:1:5时形成了稳定的结构，并表现出良好的性能。在pH 7.5-8.5、盐度为35‰和温度为25-30 °C的条件下，观察到原油去除效果增强。有机酸的变化以及烃类氧化的转录组富集……**未引用的参考文献**(Dell’Anno等人 (n.d))**CRediT作者贡献声明****陈钦国：** 撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，监督，资金获取，概念化。**陈志：** 撰写 – 审阅与编辑。**王旭东：** 撰写 – 原稿，方法论，调查。**杨宇辰：** 撰写 – 原稿，方法论，调查。**刘军智：** 撰写 – 审阅与编辑，资金获取。**刘梅：** 调查。**王建新：** 撰写 – 审阅与编辑，资金获取。**马克存：** 撰写 – 审阅与编辑，资金获取。**利益冲突声明**作者声明他们没有竞争性的经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。**致谢**本研究由国家自然科学基金（编号：42576142，编号：32571903）、国家重点研发计划（2025YFE0219600）、浙江省自然科学基金（编号：LMS26D060002，编号：LD26D060001）资助。杨宇辰 | 王旭东 | 刘梅 | 刘军智 | 王建新 | 马克存 | 卢金树 | 陈志 | 陈钦国