从工业废水中分离出的Chryseomicrobium amylolyticum RP2菌株具有耐重金属性、烷烃生物降解能力以及生物表面活性剂的生产能力

《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Heavy metal tolerance, alkane biodegradation, and biosurfactant production by Chryseomicrobium amylolyticum RP2 isolated from industrial effluents

生物降解与重金属耐受性研究：一种新型芽孢杆菌的发现及其在工业废水处理中的应用潜力，该菌株RP2能高效降解烃类并产生稳定表面活性剂。

　　

Ranjan Pandey|Bhaskar Krishnamurthy|Abdullah A. Alarfaj|Mohammad Javed Ansari|Daizy Rani Batish|Harminder Pal Singh

印度昌迪加尔旁遮普大学环境研究系，邮编160 014

摘要

本研究考察了从工业废水中分离出的一种细菌菌株对重金属的耐受性、生物降解潜力以及生物表面活性剂的产生能力。

16S rRNA分析确定该菌株为Chryseomicrobium amylolyticum RP2。RP2菌株对多种元素（包括As⁵⁺、Fe²⁺、Mo⁶⁺、Pb²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺和Zn²⁺）具有至少0.5 g/L的耐受性。该菌株能够乳化多种有机底物，如航空涡轮燃料、柴油和二甲苯，乳化指数超过60%。荧光显微镜观察显示，RP2菌株在14天培养时间内可降解≥95%的模型烃类（正十六烷、柴油和煤油）。所产生的生物表面活性剂富含十六酸、十八烯酸和十八二烯酸，在pH 6–10和20–60°C的温度范围内稳定。核磁共振（NMR）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和质谱-飞行时间（MALDI-TOF）分析表明，该生物表面活性剂主要由脂质和肽组成，但也含有少量碳水化合物残留物，因此可更准确地将其描述为类脂肽、复合脂糖脂或混合型生物表面活性剂。在临界胶束浓度0.380 mg/mL时，该生物表面活性剂能有效将水的表面张力降低至29.56 mN/m。本研究首次报道了这种耐重金属的C. amylolyticum RP2菌株的生物表面活性剂特性及其修复潜力。初步结果表明，C. amylolyticum RP2菌株凭借其对重金属的耐受性和有效的修复能力，可能能够去除有机污染物；然而，仍需进一步研究其降解烷烃的基因及其在工业应用中的潜力。

引言

随着能源需求的增加，石油的勘探、生产、储存和运输活动也日益增多，石油中含有烷烃和芳香烃（Li等人，2021；Falih等人，2024）。然而，这些有机化学物质以及与石油共存的重金属在发生意外泄漏或处理不当的情况下会对生态系统造成严重威胁（Sharma等人，2024；Falih等人，2024）。石油烃及其衍生物在全球范围内导致了广泛而严重的环境污染（Ambaye等人，2022）。当它们进入土壤环境后，会改变土壤结构和化学性质，影响土壤微生物群的结构和功能，并被土壤孔隙吸附或包裹，随后渗入地表水和地下水（Borowik和Wyszkowska，2018；Li等人，2022）。由于这些物质的持久性和顽固性，它们会在环境中积累并对生物体造成急性或长期毒性（Falih等人，2024）。由于石油烃具有毒性、致突变性和致癌性，已被列为“优先污染物”。传统的处理方法（如焚烧、填埋、使用黏土、清洗剂等）劳动强度大、成本高、效率低，且会导致二次污染（Dey等人，2024）。因此，利用微生物进行生物修复技术受到了关注，因为它们更高效、成本更低且环保（Cui等人，2020）。

先前的研究已经鉴定并描述了多种具有促进石油回收和生态系统修复潜力的细菌群落（Shiri等人，2015；Chunyan等人，2023；Ehis-Eriakha等人，2024；Mekonnen等人，2024；Pandey等人，2024）。然而，生物修复领域在有效减轻烃类污染方面仍面临诸多挑战。介质成分、pH值、盐度、温度以及重金属的存在等因素都会影响所发现的烃降解细菌（Wani等人，2021）。石油精炼厂的油泥中含有铅（Pb）、镉（Cd）、砷（As）、镍（Ni）和铬（Cr）等重金属（Ali等人，2020）。这些金属通过改变酶的结构或阻断重要功能基团来影响微生物的功能（Pugazhendhi等人，2018）。由于重金属会干扰并降低细菌的生物修复效率，因此研究其对重金属的耐受性及其修复潜力至关重要。从各种自然和受污染环境中分离出耐金属的细菌有助于工业废水中烃类的生物修复。烃类的疏水性和顽固性限制了微生物对其的利用（Abbasian等人，2015）。产生生物表面活性剂的细菌可以用来解决这一问题（Decesaro等人，2021）。最近的研究集中在研究和表征能够分解烃类的耐重金属细菌菌株产生的生物表面活性剂（Adebajo等人，2023；Parades-Aguilar等人，2024）。本研究从工业废水中分离出一种产生生物表面活性剂的细菌菌株，并探讨了其在烃类污染物生物修复中的潜力。

部分内容

分离、采样和培养保存

在印度喜马偕尔邦Baddi的两个地点收集了工业废水（纬度30°55′至30°56′；经度76°46′至76°48′；海拔401-406米）。该地区有2,261家小型、中型和大型制药、纺织及快速消费品制造企业（HP州污染控制委员会，2019）。这些企业产生了大量废水。样品被密封在无菌Duran瓶中，并在4°C下保存直至使用。为防止污染，准备了重复样本和空白对照样本。

废水特性

收集的样品呈黑色，带有难闻的气味。这种颜色表明其中含有多种化学物质和有机化合物以及杂质，使其不适合家庭使用（Show等人，2017）。废水的pH值为6.38 ± 0.13，处于内陆地表水的可接受范围内（CPCB，1989）。样品的电导率（EC）为871至890 μS/cm，表明其具有提高水体盐度并危害水生生物的能力。高电导率值……

结论

初步研究表明，C. amylolyticum RP2菌株对重金属具有耐受性，并且在烷烃修复方面表现有效，但仍需通过基因水平验证（alkB、CYP153A、长链烷烃单加氧酶）。这是首次描述由新型菌株Chryseomicrobium amylolyticum RP2产生的生物表面活性剂的研究，该生物表面活性剂可用于生物修复应用。RP2菌株几乎降解了所有三种模型烃类……

CRediT作者贡献声明

Harminder Pal Singh：撰写、审稿与编辑、监督、概念设计。Daizy Rani Batish：撰写、审稿与编辑、监督、概念设计。Ranjan Pandey：撰写初稿、方法学研究、数据分析。Bhaskar Krishnamurthy：撰写初稿、数据分析。Mohammad Javed Ansari：验证、方法学研究、数据分析。Abdullah A. Alarfaj：撰写初稿、验证、方法学研究

未引用参考文献

CPCB，2000；Dey等人，2023；Fang等人，2022；Kalaimurugan等人，2020；Pandey等人，2025；Parades-Aguilar等人，2024；Wu等人，2023。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明没有可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢沙特阿拉伯利雅得国王沙特大学的项目编号RSP2025R98提供的财务支持。