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南极地区因人类活动导致柴油污染，传统修复方法受限。研究人员以 Janthinobacterium lividum AQ5-29 为对象，优化培养条件并建模。结果使总石油烃降解提升五倍，Aiba-Edwards 模型能较好描述其生长动力学，为南极生物修复提供了重要依据。
在南极那片洁白无瑕却又脆弱敏感的大陆上，看似宁静祥和，实则暗藏着环境污染的危机。南极大陆的无冰区域，虽然面积仅占总面积的 0.2 - 0.4%，却是陆地生物多样性的集中地。然而，人类的频繁活动，如热门旅游活动、科研站的建设与运行，让这片净土饱受柴油污染之苦。柴油作为支持这些活动的重要能源，在运输和储存过程中频繁泄漏，给南极的陆地和海洋环境带来了严重且持久的危害。例如，澳大利亚 Casey 站附近的石油，即使经过蒸发和风化，其半衰期仍长达数十年。
为了遵守《南极条约环境保护议定书》（即《马德里议定书》）的规定，清理污染场地迫在眉睫。但传统的修复方法，像土壤挖掘、清洗、焚烧以及化学处理等，在南极地区由于成本高昂、会产生有毒副产品，再加上当地恶劣的环境和偏远的地理位置导致操作困难，都难以实施。因此，原位生物修复技术成为了处理南极石油泄漏的热门选择，并且已经在 Casey 站和 Carlini 站得到应用并证明有效。
不过，并非所有微生物都能用于南极的生物修复。《马德里议定书》禁止引入非本地微生物，以免破坏南极脆弱的生态系统。虽然已经分离出一些能降解柴油的南极细菌菌株，但大多数菌株的最佳降解温度在 20°C 以上，而南极夏季土壤表面最高温度才 18.3°C，这使得这些菌株在南极低温环境下难以发挥作用。
在这样的背景下，马来西亚博特拉大学（Universiti Putra Malaysia）等机构的研究人员把目光投向了从南极 Signy 岛土壤中分离出的本土细菌 —— 紫色杆菌 Janthinobacterium lividum AQ5-29。这种细菌能在 10°C 的低温下降解柴油，还具有生物表面活性剂活性，展现出在南极实地应用的潜力。研究人员开展了一系列研究，旨在优化其降解柴油的条件并探究其生长动力学，相关研究成果发表在《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》上。
研究人员主要运用了单因素法（OFAT）和响应面法（RSM）这两种关键技术方法。OFAT 法虽然耗时，但能直接分析单个参数的影响；RSM 则能减少实验时间和需求，更全面地理解各因素间的相互作用。研究人员先通过 OFAT 法评估了七个理化因素对柴油降解的影响，再用 RSM 对培养基进行建模和优化，利用部分因子设计（PBD）确定显著因素，中心复合设计（CCD）研究因素间的相互作用。此外，通过二阶回归模型评估不同初始柴油浓度下细菌的生长情况并确定化学计量信息。
理化因素对柴油降解的影响
研究人员首先研究了不同理化因素对总石油烃（TPH）生物降解的影响。结果发现，培养温度对 TPH 生物降解影响显著。在 5°C 至 15°C 的温度范围内，该菌株展现出良好的柴油去除活性（2.19 - 4.04mg/mL），在 10°C 时降解效果最佳，降解量达到 4.04 ± 0.31mg/mL 。当温度高于 15°C 时，降解活性明显下降（1.32 - 1.55mg/mL），这充分体现了该菌株的耐冷特性。
培养基优化与降解效率提升
通过 OFAT 初步筛选后，研究人员利用 RSM 对培养基进行优化。最终确定了最佳培养条件：温度为 10.00°C，NaCl 浓度为 0.00%，NH4Cl 浓度为 1.49g/L，pH 为 7.05，初始柴油浓度为 5.67% v/v，接种量为 14.10% v/v。在这些条件下，总石油烃降解量提升了五倍，达到 20.57mg/mL，大大提高了柴油降解效率。
生长动力学建模
研究人员还研究了不同初始柴油浓度下细菌的生长情况，并利用多种模型进行拟合。结果表明，Aiba-Edwards 生长动力学模型能最好地描述该菌株在有毒底物（柴油）存在下的生长动力学。这一模型通过引入底物抑制项，考虑了过高底物浓度对细菌生长的负面影响，为后续原位生物修复处理提供了重要的化学计量信息。
此次研究成功运用统计优化技术，显著提升了南极菌株 Janthinobacterium lividum AQ5-29 在摇瓶系统中降解柴油的效率。OFAT 研究发现，这种耐冷的生物修复剂在近中性、低盐或无盐环境中生长良好，对高达 5% 的初始柴油浓度具有出色的耐受性。后续通过 PBD 和 CCD 进行的筛选和优化，进一步确定了最佳培养条件，大幅提高了降解效率。同时，Aiba-Edwards 模型为理解该菌株在柴油污染环境中的生长提供了有力的数学工具。
该研究成果为南极地区的柴油污染生物修复提供了重要的理论依据和实践指导，证明了 Janthinobacterium lividum AQ5-29 在南极可持续柴油去除中的潜在价值，也为未来利用本土微生物进行南极环境修复开辟了新的方向。不过，目前的研究主要在实验室环境中进行，未来还需进一步开展实地研究，验证该菌株在真实南极环境中的修复效果，以及评估其对当地生态系统可能产生的长期影响 ，确保生物修复技术在南极地区的安全、有效应用。
