《Environmental Research》：Biodegradation of oxidized lignite by
Pseudomonas sp. TX1: Degradation products and metabolomic characterization
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•黄杆菌属（Pseudomonas）菌种TX1实现了褐煤的高效降解•TX1优先裂解脂肪族亚甲基桥键和烷基侧链•褐煤解聚为高附加值烷烃、脂肪酸甲酯（FAMEs）和精细化学品•TX1分泌2,3-二羟基苯甲酸螯合金属离子，使褐煤溶胀分散•芳香族化合物通过羟基连苯三酚途径和β-酮己二
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黄杆菌属（Pseudomonas）菌种TX1实现了褐煤的高效降解
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TX1优先裂解脂肪族亚甲基桥键和烷基侧链
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褐煤解聚为高附加值烷烃、脂肪酸甲酯（FAMEs）和精细化学品
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TX1分泌2,3-二羟基苯甲酸螯合金属离子，使褐煤溶胀分散
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芳香族化合物通过羟基连苯三酚途径和β-酮己二酸途径降解
引言
褐煤是一种储量丰富的低阶煤，在全球能源供给中发挥着至关重要的作用（Gopinathan等，2025）。然而，其高水分、高灰分和高挥发分含量以及低热值，限制了传统热化学利用效率。该过程还会引发严重的环境问题，包括温室气体排放以及硫/氮污染物的排放（Lu等，2020；Zhao等，2020）。相比之下，微生物转化技术可在温和条件下将固态煤转化为高附加值化学品，包括腐殖酸、小分子有机化合物和生物甲烷（Ghani等，2021；Shi等，2022；Zhang等，2022）。近年来，该领域已成为实现低阶煤资源清洁高效利用的前沿研究方向。
煤的生物转化技术利用微生物及其胞外酶在温和环境条件下，将固态煤大分子解聚为高附加值化学品，包括腐殖酸、小分子多环芳烃和生物甲烷等（Yang等，2023）。煤的生物转化技术可分为酶促和非酶促两类。微生物分泌的木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶可直接催化煤结构中碳-碳键和醚键的裂解（Wang等，2025；Zhang等，2025）。微生物代谢产生的有机酸、碱性物质和表面活性剂发挥物理化学溶胀作用，破坏煤大分子的疏水缔合和金属离子交联结构。研究人员已筛选出多种具有煤降解潜力的菌株。例如，曲霉属（Aspergillus）对低阶煤底物表现出优异的降解活性，其胞外氧化酶系统可解聚煤大分子，加速煤解构并大幅提高腐殖酸提取产率（Ghani等，2021）。Yi等人从褐煤中分离出本土曲霉属和地衣芽孢杆菌（Bacillus velezensis），并证实这些菌株可破坏煤的微晶结构和表面含氧官能团（Yi等，2024）。目前，低阶煤生物降解研究主要聚焦于降解速率和腐殖酸产率等宏观指标，或侧重于煤大分子的键裂解特征（Cheng等，2017）。这一局限性导致胞外大分子解聚与胞内小分子代谢之间存在脱节。因此，实际降解过程中核心机制——特别是芳香族中间体的生成与转化、中心代谢通路的响应以及代谢网络的调控——仍缺乏系统性的分子水平阐释。
非靶向代谢组学可反映特定条件下微生物的整体代谢状态。近年来，该技术在难降解有机物降解途径分析中得到广泛应用（Defossez等，2023）。例如，Wright等人利用非靶向代谢组学鉴定了海洋细菌降解邻苯二甲酸酯增塑剂所涉及的酯酶水解和β-氧化途径（Wright等，2020）。Li等人将代谢组学与转录组学相结合，揭示了白色小单孢菌（Amycolatopsis nivea）La24在除草剂胁迫下氨基酸和能量代谢的响应（Li等，2024）。然而，与简单污染物不同，褐煤具有极为复杂的大分子组成。其生物转化既涉及胞外大分子解聚，也涉及各种芳香族中间体的胞内协同代谢。该过程还需要同步进行复杂的能量重新分配和抗氧化调控（Cheng等，2017；Kamimura等，2017）。代谢组学为追踪这些代谢产物和揭示细胞响应提供了有效工具。目前，利用该技术分析褐煤降解细菌代谢网络的研究仍十分有限。
本研究从褐煤中分离出一株高效降解菌——黄杆菌属（Pseudomonas）菌种TX1。通过整合固相结构表征、液相降解产物分析和非靶向代谢组学，阐明了褐煤生物降解过程中从大分子解聚到代谢网络响应的全链条途径。具体目标为：(1) 确定褐煤降解过程中固相结构的变化及液相产物的组成特征。(2) 探究Pseudomonas sp. TX1在褐煤降解过程中的胞内代谢谱差异，识别关键差异代谢物，解析核心代谢通路，并构建该菌株降解褐煤的胞内代谢调控网络。
章节摘要
褐煤的选取与制备
将新疆大南湖矿采得的新鲜褐煤样品无菌密封后运送至实验室。修去每个样品的表层以消除运输过程中引入的氧化和细菌污染。经破碎和研磨后，将褐煤颗粒过筛至0.075-0.125 mm，存放于4 °C的密封容器中并在无氧条件下保存。
由于褐煤大分子结构致密且疏水性极强，直接
黄杆菌属（Pseudomonas）菌种TX1的分离与鉴定
图1A展示了Pseudomonas sp. TX1在6天内的褐煤生物降解过程。经降解后，培养基颜色从浅黄色明显变为深棕色。在微生物降解过程中，褐煤中的复杂有机组分被分解为可溶性小分子代谢产物，这些代谢产物在450 nm处具有特征吸收（Sobolczyk-Bednarek等，2021）。如图1B所示，培养10天后，实验组（接种
结论
本研究分离出一株能够高效降解氧化褐煤的细菌——Pseudomonas sp. TX1，并通过多尺度结构表征结合非靶向代谢组学，揭示了其引起的理化变化和胞内代谢调控网络。培养10天后A450升高至2.67，表明处理过程中有色可溶性组分的积累。此外，XPS和FTIR分析揭示了表面化学组成和
作者贡献声明（CRediT）
金·王（Jin Wang）：撰写——审阅与编辑，方法论。雁云·赵（Yanyun Zhao）：撰写——审阅与编辑。祥明·胡（Xiangming Hu）：撰写——审阅与编辑，项目管理，经费获取。宇诺·王（Yinuo Wang）：撰写——审阅与编辑，方法论。振峰·田（Fengzhen Tian）：撰写——初稿，方法论。思贤·吴（Sixian Wu）：方法论。金迪·刘（Jindi Liu）：撰写——审阅与编辑。晓·李（Xiao Li）：撰写——审阅与编辑，指导监督，经费获取，概念构思。
利益冲突声明
? 作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到国家自然科学基金委员会（52404229、52274216），国家自然科学基金联合基金重点支持项目（U25B20139），国家重点研发计划（2024YFC3012502）资助。
田振峰|王宇诺|胡祥明|赵雁云|李晓|刘金迪|吴思贤|王金
