《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Competitive interfacial adsorption of surfactants suppresses alkane biodegradation in yeast-stabilized Pickering emulsions
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•表面活性剂严重抑制酵母皮克林乳液中的烷烃生物降解。•竞争性吸附使细胞与疏水性底物在物理上隔离。•表面活性剂改变细胞表面化学性质并放大静电排斥作用。•表面活性剂性质决定简单的脱附或灾难性的相反转。•原位聚合与共聚焦激光扫描显微镜为细胞位移提供可视化证据。引言海洋石油泄漏是最严
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表面活性剂严重抑制酵母皮克林乳液中的烷烃生物降解。
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竞争性吸附使细胞与疏水性底物在物理上隔离。
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表面活性剂改变细胞表面化学性质并放大静电排斥作用。
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表面活性剂性质决定简单的脱附或灾难性的相反转。
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原位聚合与共聚焦激光扫描显微镜为细胞位移提供可视化证据。
引言
海洋石油泄漏是最严重的生态灾难之一，向海洋释放了海量的石油烃类物质[1]、[2]。作为应急响应措施，主要由合成表面活性剂组成的化学分散剂通常被用于漂浮的油膜[3]。传统的理由是分散剂可以降低油水界面张力[4]。这种作用将油膜破碎为小于70 μm的微小液滴，防止石油抵达海岸线，并据称增强了底物对烃类降解微生物的生物可利用性[5]、[6]。然而，近年来对深海地平线号石油泄漏事件的调查引发了关于这些分散剂真实效果的激烈争论[7]、[8]。一些研究认为分散作用加速了生物降解并缩短了半衰期[5]，但有令人信服的证据表明化学分散剂可能产生严重的拮抗作用[7]、[9]。这些物质会抑制天然石油降解微生物的活性，并阻碍海洋环境中烃类的周转[10]。
这一悖论的根本原因在于微生物烃类吸收的固有生物物理机制。由于高分子量烷烃和多环芳烃的水溶性极低，仅将石油分散到水相中是不够的。相反，高效的降解严重依赖于界面生物催化[11]、[12]。天然烃类裂解微生物充当活性胶体颗粒，它们通过其两亲性细胞包膜迅速聚集在油水界面，形成稳固的自稳定活体皮克林乳液[13]、[14]、[15]。这种直接的界面黏附不仅最大化了细胞与底物的接触面积，还触发了适应性微生物响应。界面管状化以及油滴周围的生物膜形成等行为对于快速底物同化至关重要[16]。因此，油水界面是活细胞生物催化不可或缺的微型栖息地[12]、[17]。
当外源表面活性剂被引入环境时，它们不可避免地干扰这些微生物微型栖息地。受其两亲性质和强界面活性的驱动，合成或生物表面活性剂与微生物细胞激烈争夺可用的界面面积[18]、[19]。研究表明，添加商业分散剂如Corexit 9500或Triton X-100会完全阻止Alcanivorax borkumensis和Mycobacterium物种在十六烷液滴上的初始黏附[20]、[21]。此外，表面活性剂可以优先吸附在细菌细胞壁上，改变细胞表面疏水性和Zeta电位[22]、[23]。这种改变可能引起先前已黏附细胞的脱附，导致宏观相分离或破乳[18]。高浓度的亲油性表面活性剂甚至能触发相反转，从油包水乳液转变为水包油乳液，建立起绝对物理屏障，将细胞与有机底物隔离开来[24]。尽管已有这些发现，但要实现对宏观乳液相行为与原位微观界面形貌之间关联的全面理解仍然具有挑战性。这一差距主要是因为动态液-液界面难以通过高分辨率电子显微镜直接捕捉[25]。
为揭示这些复杂的动态过程，Yarrowia lipolytica作为理想模式生物被选用。Y. lipolytica是一种独特的、非致病性的、严格好氧的双相酵母，以其卓越的代谢n-烷烃和原油等疏水性底物的能力而闻名[26]、[27]、[28]。凭借其显著的表面两亲性，该酵母能迅速黏附到大油滴上并形成高度稳定的皮克林乳液，使其成为环境生物修复的有力生物平台[13]、[29]。
在本研究中，我们系统研究了代表性表面活性剂对Y. lipolytica降解n-十四烷的交互影响。为反映真实海洋生态系统，所采用的特定菌株是从表层海水中分离的海洋烃类裂解酵母。所选表面活性剂包括亲水性的Tween 80、亲油性的Span 80、商业分散剂GH-2和生物表面活性剂鼠李糖脂。为克服传统光学观察的局限性，巧妙地采用了原位乳液聚合技术，将动态液滴冻结为固体苯乙烯微球[30]。这种方法允许通过扫描电子显微镜（SEM）直接可视化竞争性界面吸附形貌[31]。通过将宏观乳液稳定性评估与热力学表面张力分析及分子水平的傅里叶变换红外（FTIR）光谱相结合，本研究旨在明确阐明外源表面活性剂与酵母细胞在油水界面上的竞争机制。我们假设并随后证明，无论具体的表面活性剂化学性质如何，竞争位移都会发生，但其宏观表现因表面活性剂性质而异。研究结果对表面活性剂在生物修复中的应用局限性提供了关键的机制见解，并为优化海洋石油泄漏处理策略提供了理论指导。
章节摘要
材料与试剂
二甲基硅油（产品编号D817596）购自麦克林（中国上海），在25 °C时的动力黏度为10 mPa·s，报告的水-油界面张力约为41 mN/m [32]。其他试剂包括n-十四烷、角鲨烷、n-己烷、二氯甲烷、苯乙烯、2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)（ABVN）、Tween 80、Span 80和油红O也购自麦克林。鼠李糖脂（≥95%）购自锐杰生物（中国陕西）。
不同表面活性剂对n-十四烷生物降解的影响
向石油污染环境中添加表面活性剂的主要目的是增强疏水性底物的生物可利用性[33]。因此，在144 h内系统地评估了四种表面活性剂在不同浓度下对海洋酵母Y. lipolytica降解n-十四烷动力学的影响（图1）。基于非生物对照组，初始底物基线确定为约483 mg/L。
在无表面活性剂的对照组中，
结论
本研究系统考察了四种不同表面活性剂如何影响海洋酵母Y. lipolytica对n-十四烷的生物降解。升高的表面活性剂浓度严重抑制了生物降解过程。我们证明这种抑制根本上是由油水界面处的强烈竞争性吸附所驱动的。外源表面活性剂优先吸附在油滴和酵母细胞上。这种双重吸附改变了细胞表面化学性质并
CRediT作者贡献声明
朱书婷：撰写 – 初稿、方法论、调查研究、数据整理、概念构思。潘康：撰写 – 初稿、方法论、调查研究、数据整理、概念构思。雷绍清：方法论。李美姝：数据整理。潘涛：撰写 – 审阅与编辑、监督、软件、调查研究。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些情况可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究由国家自然科学基金委员会（22366017）和江西省自然科学基金（20252BAC240313）资助。
朱书婷|潘康|雷绍清|李美姝|潘涛
