功能性代谢物特征揭示了正在经历生物修复的油污土壤中的生化恢复过程

《Biodegradation》：Functional metabolite signatures reveal biochemical recovery trajectories in oil-polluted soils undergoing bioremediation

　　

摘要

目前，关于石油污染后土壤恢复情况的可靠指标仍然有限，因为修复效果的评估通常仅基于碳氢化合物的去除情况，而未考虑土壤性质的恢复。本研究结合了物理化学分析方法与非靶向液相色谱-质谱（LC–MS）代谢组学技术，揭示了尼日利亚奥贡兰地区受污染土壤（PS）、正在生物修复中的土壤（UB）、生物修复后的土壤（BS）以及未受污染的参考土壤（CNTR）的生物化学恢复过程。总石油烃（TPH）浓度从PS的78.26 ± 6.04 mg/kg逐步降低至UB的41.23 ± 1.40 mg/kg，再到BS的23.38 ± 1.81 mg/kg，BS相对于PS的浓度降低了70.1%。硫元素的含量从6.36 ± 0.70 wt%下降至0.152 ± 0.052 wt%，而磷元素的含量则从0.068 ± 0.006 wt%上升至0.325 ± 0.025 wt%。物理化学变量的主成分分析解释了99.3%的总变异，并显示出了一个恢复梯度（PS → UB → BS → CNTR）。非靶向代谢组学分析同样能够区分不同的处理状态，其中主成分分析解释了73.7%的生物化学变异。受污染和过渡阶段的土壤富含芳香族应激代谢物，如萤蒽、三苯基磷氧化合物、喹啉酸和2,4-二硝基苯酚；而修复后的土壤则积累了与恢复相关的代谢物，如柠檬酸、阿康酸、ectoine、吡哆胺、硫辛酸和香叶酸。综合分析表明，TPH与萤蒽（r = 0.88）和三苯基磷氧化合物（TPPO）（r = 0.84）之间存在强正相关性，但与柠檬酸（r = ?0.82）和吡哆胺（r = ?0.78）存在负相关。这些结果表明，碳氢化合物的减少与协调的代谢重编程和养分恢复过程紧密相关。功能性代谢物特征可为评估石油污染后土壤的生物化学变化提供参考框架。因此，本研究展示了生物修复过程中土壤物理化学性质和代谢组学的协同变化。