多環芳烴(PAHs)是公認的影響人類健康和環境的污染物。生物刺激(Bio-stimulation), 是指通過提供營養補充劑/生物能量劑來刺激原有微生物群落，作為一種適當的策略來修復受污染的環境。已有研究表明，草酸、NPK肥料、生物炭、水楊酸鹽、乙酸鈉等生物刺激劑可以增強細菌的PAHs的降解能力。雖然生物刺激劑可以提高微生物的降解潛力，但在生態環境中，這些因素如何影響微生物群落組成和生態系統功能仍是未知的。因為以往大多采用單種細菌或多種細菌混合純培養進行研究；另外，在某些情況下實驗是在微生物(水、沉積物和土壤)群落水平進行的。然而，除了對降解的影響外，關于生物刺激劑對微生物群落組成和功能影響的信息在大多數情況下都沒有被清晰的展現。
圖1. 熱圖顯示了30個高豐度屬在不同處理和時間點的分布和豐度
近期，我校生命科學學院李文均教授團隊利用16S rRNA擴增子測序和qPCR技術，在珠江沉積物微觀環境中，探討了不同生物刺激劑對芘降解、原核生物群落組成和功能的影響（圖1-3）。結果表明，對照組、PYR(僅含芘)和生物刺激劑添加組的原核生物群落組成差異顯著(p<0 .05)。生物刺激劑中，生物炭、草酸、水楊酸、npk和硫酸銨均可增強微生物群落對芘的降解潛力。黃桿菌屬(Flavobacterium)、氫噬菌屬(Hydrogenophaga)、分枝桿菌屬(Mycobacterium)、紅球菌屬(Rhodococcus)、黃腐桿菌屬(Flavihumibacter)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、新鞘脂菌屬(Novosphingobium)等在所有實驗組中占主導地位，表明這些屬在芘代謝中起著重要作用。基于較高的GP-RHD和nidA基因豐度，我們推測革蘭氏陽性的原核生物群落比革蘭氏陰性的原核生物群落更能分解芘。此外，NPK和SA處理中nifH和pqqC基因顯著更豐富的證據表明，不同的生物刺激劑可能富集某些細菌組合。此外，NPK、OX(草酸)、UR(尿素)、NH4、和SC(水楊酸鹽)組也表明，不同的生物刺激劑可能對原核生物群落演替產生不同的生態影響。本研究為生物刺激法降解芘的研究提供了新的思路。因此，在設計生物刺激技術時，研究群落結構和功能及其對退化的影響同樣重要。
圖2. NMDS分析基于(A) Bray Curtis (B) Jaccard不同相似性矩陣表示不同時間點處理的原核群落組成
圖3. (A) 16S rRNA (B) GN-RHD (C) GP-RHD (D) nidA基因拷貝數/ml
近日，該研究成果“Impacts of bio-stimulants on pyrene degradation, prokaryotic community compositions, and functions”發表在Environmental Pollution學術期刊上。生命科學學院博士后Manzoor Ahmad、王攀登和李佳嶺為本論文的共同第一作者，李文均教授為獨立通訊作者。生命科學學院碩士生段麗、尹齡紫、羅曉晴，生命科學學院本科生彭子淇，倫敦大學學院本科生王任菲，美國佛羅里達大學的Muhammad Irfan助理教授為本文的共同作者。該研究得到了國家自然科學基金、博士后面上基金等項目的支持。
