研究背景：
据估计，北极圈北部未发现的石油和天然气储量可能高达900亿桶石油和440亿桶液态天然气，其中大部分位于近海区域。此外，冰川的减少将导致该地区的运输活动比现在更多。然而，石油的意外泄漏可能会发生，并对当地的海洋环境造成影响。泄漏到海洋环境中的石油经历了许多风化过程，如蒸发、油包水(w/o)乳化、分散、小分子和带电化合物的溶解以及光氧化。
生物降解是一个重要的风化过程，可能导致碳氢化合物(HCs)的完全矿化。海洋环境中的石油泄漏可能导致石油降解细菌大量繁殖，其数量急剧增加。这些细菌大多属于α变形菌纲或γ变形菌纲，其中一些细菌专门分解和转化碳氢化合物。脂肪族碳氢化合物降解细菌(如Alcanivorax)通常被环状分解菌(Cycloclasticus)等细菌取代，后者攻击更慢的可生物降解的芳香族碳氢化合物(PAH)。几项研究表明，北极海水和海洋冰也含有能够生物转化石油HCs的烃分解细菌。在寒冷的西南地区，烷烃的降解通常与高丰度的嗜冷海洋螺旋菌有关，如南极洲的Oleispira，而在温带和寒冷的西南地区，环裂菌则与芳香族碳氢化合物的降解有关。
对细菌降解的有效刺激取决于油化合物的溶解或分散部分的生物利用度。化学分散剂被用作一种溢油响应（OSR）方法，通过在海水柱中产生具有小液滴尺寸和接近中性浮力的分散体来清除海面上的油污。尽管对分散剂对石油生物降解的影响存在一些争议，但大多数研究表明，有效使用分散剂可以提高生物降解的效果。即使在温度很低（-1 ℃）的北极西南部，使用分散剂也有利于石油的生物降解。然而，由于油类的分散性与粘度和倾点有关，许多油类在寒冷海水中的分散性变得很低。由于分散剂处理可能是北极地区的一种相关OSR处理，以防止石油搁浅或漂流到冰覆盖区域，因此有必要研究分散剂处理对北极西南地区石油生物降解的影响。
研究内容：
挪威科技大学的Deni Ribicic团队通过16s rDNA扩增分析比较了化学分散的石油在低温（0–2 ℃）下北极和温带西南海域的生物降解情况，以及西南海域石油化合物群生物转化与群落演替之间的关系。
主要研究结果：
图1. 采样后立即过滤的TRD（A）、现场过滤的SVB（B）和运输至SINTEF实验室后的SVB的三个SW复制样品中微生物家族的相对丰度（C）。
图2. 分散体中的油滴浓度和中值液滴大小。误差条表示三个重复的SD。
图3. nC14-nC36烷烃（A）、萘-2-至6-环PAH（B）和VOC（C）的生物转化。结果显示为每次采样时的浓度比（C）和实验开始时的浓度（C0）。正构烷烃和PAH与Hopane标准化。误差条描述了三个重复的SD。
表1具有SVB和TRD SW的分散体中正烷烃、萘/2环至4环PAH（Naph/PAH）和VOC的非线性回归分析（具有滞后期的一阶速率）。如图3所示，计算基于每次采样时的浓度比（C）和实验开始时的浓度（C0）。正烷烃和PAH与Hopane标准化。结果显示了滞后期、生物转化速率系数（k1）、由速率系数确定的半衰期（ln2/k1）和拟合优度（R2）。
图4. 通过荧光显微镜（A）和HP（B）和ODP（C）的MPN浓度测定的原核细胞的总浓度。显示了来自TRD（TRD-D）和SVB（SVB-D）的SW中以及来自两个源（TRD-SW和SVB-SW）的SW空白中的分散体的结果。
图5. 在64天的生物降解期内，具有SVB和TRD SW的分散体的复制样品（P1–P3）中的家族（A）和属（B）水平上的微生物群落。无油SW对照组（CTRL）也包括在内进行比较。有关属级“未分配”组的详细检查，请参见图S1（SM）。
图5. 在64天的生物降解期内，具有SVB和TRD SW的分散体的复制样品（P1–P3）中的家族（A）和属（B）水平上的微生物群落。无油SW对照组（CTRL）也包括在内进行比较。有关属级“未分配”组的详细检查，请参见图S1（SM）。
研究结论：
结果表明，北极微生物群落有能力将石油中的烷烃和芳香烃进行生物转化，并将其有效地分散成小液滴。在低温（0–2 ℃）条件下，北极SVB SW中的微生物群落降解环烷原油中分散原油中的正构烷烃的速度比温带TRD SW中的群落更快，而两种SW来源的微生物群落对芳香烃的生物转化相似。与TRD分散体相比，SVB SW中正构烷烃的快速降解主要与SVB中典型的嗜冷烷烃降解海螺科Oleispira属的初始丰度更高有关。因此，低温下SVB中的正烷烃降解速度比TRD SW快，这可能是受到不同SW源中原生微生物群落的影响。芳香烃和挥发性有机化合物的生物转化在两种SW来源之间具有可比性，并与生物降解期后期出现的高丰度的Pisciricketsiaceae属Cycloclicticus有关。在较长滞后期后，低SW温度下芳香族碳氢化合物和VOC的生物转化率在一定程度上可与较高温度（5°C）下的结果相媲美。在北极西南地区，化学分散的石油可以在极低温度下进行生物降解。与较高温度下的研究相比，饱和油和芳香油化合物0–2 ℃孵育的滞后期更长，可能受到细菌生长速率降低和底物吸收缓慢的影响，但也受到这些研究中使用的低SW温度下的粘度和蜡沉淀等物理油性质的影响。这些数据将有助于预测使用化学分散剂处理后在北极和其他西南寒冷环境中的石油泄漏的命运和环境风险。
参考文献：
Microbial communities in seawater from an Arctic and a temperate Norwegian fjord and their potentials for biodegradation of chemically dispersed oil at low seawater temperatures
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2018.02.024
