多环芳烃(PAHs)是公认的影响人类健康和环境的污染物。生物刺激(Bio-stimulation), 是指通过提供营养补充剂/生物能量剂来刺激原有微生物群落，作为一种适当的策略来修复受污染的环境。已有研究表明，草酸、NPK肥料、生物炭、水杨酸盐、乙酸钠等生物刺激剂可以增强细菌的PAHs的降解能力。虽然生物刺激剂可以提高微生物的降解潜力，但在生态环境中，这些因素如何影响微生物群落组成和生态系统功能仍是未知的。因为以往大多采用单种细菌或多种细菌混合纯培养进行研究；另外，在某些情况下实验是在微生物(水、沉积物和土壤)群落水平进行的。然而，除了对降解的影响外，关于生物刺激剂对微生物群落组成和功能影响的信息在大多数情况下都没有被清晰的展现。
图1. 热图显示了30个高丰度属在不同处理和时间点的分布和丰度
近期，我校生命科学学院李文均教授团队利用16S rRNA扩增子测序和qPCR技术，在珠江沉积物微观环境中，探讨了不同生物刺激剂对芘降解、原核生物群落组成和功能的影响（图1-3）。结果表明，对照组、PYR(仅含芘)和生物刺激剂添加组的原核生物群落组成差异显著(p<0 .05)。生物刺激剂中，生物炭、草酸、水杨酸、npk和硫酸铵均可增强微生物群落对芘的降解潜力。黄杆菌属(Flavobacterium)、氢噬菌属(Hydrogenophaga)、分枝杆菌属(Mycobacterium)、红球菌属(Rhodococcus)、黄腐杆菌属(Flavihumibacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、新鞘脂菌属(Novosphingobium)等在所有实验组中占主导地位，表明这些属在芘代谢中起着重要作用。基于较高的GP-RHD和nidA基因丰度，我们推测革兰氏阳性的原核生物群落比革兰氏阴性的原核生物群落更能分解芘。此外，NPK和SA处理中nifH和pqqC基因显著更丰富的证据表明，不同的生物刺激剂可能富集某些细菌组合。此外，NPK、OX(草酸)、UR(尿素)、NH4、和SC(水杨酸盐)组也表明，不同的生物刺激剂可能对原核生物群落演替产生不同的生态影响。本研究为生物刺激法降解芘的研究提供了新的思路。因此，在设计生物刺激技术时，研究群落结构和功能及其对退化的影响同样重要。
图2. NMDS分析基于(A) Bray Curtis (B) Jaccard不同相似性矩阵表示不同时间点处理的原核群落组成
图3. (A) 16S rRNA (B) GN-RHD (C) GP-RHD (D) nidA基因拷贝数/ml
近日，该研究成果“Impacts of bio-stimulants on pyrene degradation, prokaryotic community compositions, and functions”发表在Environmental Pollution学术期刊上。生命科学学院博士后Manzoor Ahmad、王攀登和李佳岭为本论文的共同第一作者，李文均教授为独立通讯作者。生命科学学院硕士生段丽、尹龄紫、罗晓晴，生命科学学院本科生彭子淇，伦敦大学学院本科生王任菲，美国佛罗里达大学的Muhammad Irfan助理教授为本文的共同作者。该研究得到了国家自然科学基金、博士后面上基金等项目的支持。
