耐盐Halobacillus sp. YJT-1和Bacillus sp. TX-1在高效去除受污染水体和盐碱土中苯并[a]芘方面的作用

《Environmental Research》：Roles of salt-tolerant Halobacillus sp. YJT-1 and Bacillus sp. TX-1 in efficient benzo[a]pyrene removal from contaminated water and saline soils

　　# 要点- 分离到耐盐的 *Halobacillus* sp. YJT-1 和 *Bacillus* sp. TX-1。- 胞外超氧阴离子（O?•?）介导细菌氧化Mn(II)生成生物源锰氧化物（BMOs）。- 在YJT-1和TX-1存在下，观察到苯并[a]芘（BaP）降解显著增强。- 反应14天后，YJT-1在盐渍土中高效去除了59.62%的BaP。---## 引言苯并[a]芘（BaP）是一种典型的高分子量多环芳烃（PAH），因其致癌性、致突变性和环境持久性而被列为优先污染物（Yu et al., 2023）。在中国特定的工业污染场地，尤其是焦化、钢铁和石油化工活动区域，已报告了较高的BaP污染水平（You et al., 2024）。例如，新疆某采矿影响区污染土壤中BaP浓度达到616.55 μg/kg，占总生态风险的14.18%，是这些土壤中风险的主要驱动因素（Nuerla et al., 2024）。微生物修复因成本低、环境兼容性好且具有大规模现场应用潜力，成为处理BaP污染土壤的一种有前景的策略（Vijayanand et al., 2023; Barathi et al., 2023）。已从污染环境中分离出广泛的BaP降解微生物，其中一些能以BaP作为唯一碳源。例如，*Bacillus* sp. M1在7天内从水相系统中去除了54%的BaP（Zhang et al., 2022），而 *Pontibacillus* sp. HN14在1%至10%盐度范围内降解了约35–40%的BaP（Qian et al., 2022）。接种木糖氧化色杆菌（*Achromobacter xylosoxidans*）BP后，BaP去除效率从对照系统的3.58%提高到13.48%（Zhang et al., 2023）。然而，许多已报道菌株在BaP去除方面的性能主要在水相培养系统中进行评估，其在复杂污染土壤中的去除效率和持久性仍缺乏充分验证。特别是在盐渍土中能保持稳定活性的强效耐盐BaP降解菌株十分有限。因此，开发健壮的细菌资源和环境可持续的生物强化策略，对于高效原位修复BaP污染的盐渍土具有重要意义。氧化Mn(II)细菌（MnOBs）能够氧化Mn(II)，产生生物源锰氧化物（BMOs），主要为Mn(III/IV)氧化物。与化学合成的锰氧化物相比，BMOs通常具有更大的比表面积、更多的结构八面体空位以及更高的氧化还原反应活性（Zhou and Fu, 2020）。越来越多的证据表明，微生物诱导的原位BMOs形成可促进多种难降解有机污染物的去除，包括四环素（Liu et al., 2025）、双酚A（Yang and Zhao, 2023）、卡马西平（Huang et al., 2025）和双氯芬酸（Wang et al., 2022）。Liu等（2024）报道，由 *Bacillus thuringiensis* H38诱导的BMOs靶向了金霉素的活性位点，包括三羰基酰胺、醌类和芳香环结构，并通过羟基化、氧化取代、烯醇-酮互变异构以及C-N和C-C键断裂促进逐步去除。Liu等（2023）报道，在 *Pseudomonas* sp. MB04R-2氧化Mn(II)过程中，胞外超氧阴离子（O?•?）靶向苯环的π电子体系，并通过加成、取代、电子转移和键断裂反应促进环裂解和小分子的形成。近期，Yang等（2026）报道，纤铁矿-*Pseudomonas putida* MnB1复合系统在48小时内降解了86.34%的BaP，这主要归因于Mn(II)氧化过程中纤铁矿介导的胞外O?•?产生增加。然而，MnOBs在原位形成BMOs的机制以及活性氧（ROS）在污染环境中BaP去除中的作用仍缺乏充分理解。利用原位BMOs形成修复BaP污染的盐渍土面临诸多挑战。高盐度可对微生物施加渗透和离子胁迫，抑制对盐敏感的MnOBs的生长和代谢活性。在盐胁迫下，涉及Na?/K?积累、离子转运以及相容性溶质（如脯氨酸和甜菜碱）的合成或吸收等过程（Hahne et al., 2010）。例如，离子强度增加抑制了海洋Mn(II)氧化细菌 *Bacillus* sp. SG-1孢子的Mn(II)氧化（Toyoda and Tebo, 2016）。MnOBs对盐度的响应具有菌株依赖性，目前已鉴定出若干耐盐或嗜盐MnOBs。*Ochrobactrum* sp. NDMn-6可耐受高达5%的盐度，尽管在2–5%盐度下其Mn(II)去除效率降低了18.40–56.80%（Nguyen et al., 2020）。*Pseudomonas* sp. KW-2在15至55 g/L盐度范围内持续产生约100 μM的BMOs，尽管在高盐度下BMOs形成略有减少（Wang et al., 2024）。此外，*Halomonas* sp. KAO被鉴定为一种从超盐潟湖沉积物中分离的需氧嗜盐Mn(II)氧化细菌（Lee et al., 2021）。然而，这些菌株主要在实验室培养系统中研究其Mn(II)氧化或去除能力，其在复杂盐渍土中维持BMOs形成并促进BaP去除的能力仍缺乏充分了解。本研究分离了两株耐盐MnOBs，即 *Halobacillus* sp. YJT-1和 *Bacillus* sp. TX-1。本研究旨在调查这些菌株在盐渍条件下维持Mn(II)氧化、诱导BMOs形成及促进BaP去除的能力。采用全基因组测序来表征与Mn(II)氧化和盐适应性可能相关的遗传性状。随后考察盐度、Mn(II)浓度和碳源对细菌生长和Mn氧化物形成的影响，以确定Mn(II)氧化活性的环境制约因素。评估了YJT-1和TX-1菌株在水相及三种不同盐度土壤中诱导原位BMOs形成并促进BaP去除的能力。此外，采用高效液相色谱-串联质谱（HPLC–MS/MS）表征了水相系统中BaP的转化产物。最后，采用定量PCR和宏基因组分析，考察了接种后细菌丰度、BaP相关功能基因及代谢功能的变化。这些结果为开发高效的BaP污染盐渍土原位生物修复策略提供了微生物学基础。---## 节段摘要### 2.1 YJT-1和TX-1菌株的分离、纯化与表征本研究中使用的化学品见补充材料S1。菌株YJT-1分离自中国山东省东营市采集的盐渍土，菌株TX-1分离自青岛理工大学水管的锈蚀样品。简要过程如下：将5.00 g均质化并过筛的盐渍土或锈蚀样品与100 mL无菌水混合，在30°C、150 rpm下振荡8小时。然后将悬浮液以4000 rpm离心5分钟，随后取5 mL……### 3.1 YJT-1和TX-1菌株的鉴定与系统发育分析经过反复分离和纯化，获得了两株耐盐Mn(II)氧化细菌，分别命名为YJT-1和TX-1。在添加Mn(II)的固体MSM培养基上，两株菌均形成圆形、光滑、湿润、微隆起、不透明的菌落，边缘整齐。培养14天后，菌落表面及周边逐渐形成深褐色沉积物；用LBB染色后，这些沉积物迅速变为蓝色，表明形成了Mn氧化物（图1a）。### 结论从高盐环境中分离了两株新型耐盐MnOBs，鉴定为 *Halobacillus* sp. YJT-1和 *Bacillus* sp. TX-1。评估了它们在受污染水和盐渍土中高效去除BaP的作用。全基因组分析表明，两株菌均含有与Mn(II)氧化、盐适应及芳香化合物转化相关的基因。通过ROS猝灭实验确定，YJT-1和TX-1菌株的Mn(II)氧化主要由胞外O?•?介导……### CRediT作者贡献声明**白明轩：** 撰写——审稿与编辑。**王学琴：** 撰写——初稿。**王雅楠：** 撰写——审稿与编辑，方法论。**严一丹：** 资源。**赵建伟：** 撰写——审稿与编辑。**高颖：** 撰写——审稿与编辑。**王华为：** 撰写——审稿与编辑，项目管理，资金支持。### 未引用参考文献Li et al., 2024.### 数据可用性数据可在要求时提供。### 利益冲突声明作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。### 致谢本研究得到国家自然科学基金（No. 52370173）和泰山学者计划专项资金（No. tsqn202408218）的资助。