随着我国油田开发开采进程的不断深入，油田采出水的处理与回注已成为油田环保的重要内容之一。采出水的处理方法主要有物理化学、生物法、膜处理技术等，其中生物法作为一种高效、安全、环保的水处理技术，与膜、反渗透处理等技术组合形成的处理工艺逐渐在油田得到应用。通过对生物法处理采出水的深入研究，研究者们发现，微生物在利用采出水中的石油烃进行代谢时所采用的代谢机制以及相关的关键基因与利用其它碳源时相比有显著的差异。同时，不同环境条件因素，也会对微生物产生不同的抑制性压力并迫使微生物进行自适应性进化。以上条件所带来的往往是微生物降解石油烃关键基因表达的变化。然而，石油烃降解关键蛋白质的种类，所参与的代谢机制以及面对油田采出水常见环境条件压力时该机制和相关蛋白质表达情况的变化规律却鲜有报道。 本文以延长油田石油烃污染土壤中获取的一株高效石油烃降解菌铜绿假单胞菌P6为研究对象，利用iTRAQ-MS技术以及生物信息学分析技术对微生物降解石油烃机制与主要蛋白质进行了分析，对温度、矿化度、pH以及石油烃浓度等环境因素影响降解过程主要蛋白质的表达变化情况进行了系统研究，以期对未来油田采出水中石油烃的生物降解以及采出水的处理研究提供参考。主要结论如下： 石油烃生物降解的主要分子机制包括石油烃趋化性、摄取、末端氧化以及脱氢氧化，还包括营养物质的跨膜转运、脂肪酸β氧化以及酰基辅酶A的代谢等过程。同时，多种关键蛋白质如趋化性蛋白质、单/双加氧酶以及多种脱氢酶等均受到水中石油烃的诱导，出现显著的上调表达，上调倍数分布在1.46至8.38倍。 当降解菌处于25 ℃的环境下时，趋化性系统蛋白质、转运子蛋白质、膜孔蛋白质以及细胞色素家族蛋白质均出现不同程度的表达抑制，下调倍数分布在0.49至0.70倍，而VI型分泌系统蛋白质则显示出上调表达，上调倍数分布在1.55至4.74倍，使得降解菌的趋化性、跨膜转运以及部分末端氧化等细胞过程的活性受到抑制，但石油烃摄取的能力则应激性增强。当处于43 ℃的环境下时，趋化性系统蛋白质、溶血素、黏附素、VI型分泌系统蛋白质、单/双加氧酶及相关电子传递蛋白质、脱氢酶等均出现下调表达现象，下调倍数分布在0.23至0.71倍，从而使石油烃的趋化性、石油烃的摄取、石油烃的末端氧化、石油烃的脱氢氧化以及营养物质的跨膜转运等细胞过程受到严重的抑制，造成石油烃降解能力的衰弱。 当降解菌受到12000 mg/L的盐度压力影响时，出现表达抑制的蛋白质包括与石油烃的摄取相关的溶血素及黏附素、与长直链烷烃的末端氧化相关的单加氧酶及其电子转运蛋白质、与石油烃的脱氢氧化相关的的脱氢酶以及与营养物质跨膜转运相关的膜孔蛋白质，下调倍数分布在0.36至0.71倍。当盐度继续升高至37000 mg/L时，除上述蛋白质外，与石油烃的趋化性相关的趋化性系统，直链烷烃的末端氧化相关的细胞色素家族蛋白质以及与营养物质转运相关的转运子蛋白质进一步受到抑制，下调倍数分布在0.20至0.71倍。但由于甜菜碱合成的关键蛋白质甜菜醛脱氢酶表达大量上调，上调倍数分布在1.57至2.04倍，使降解菌抵抗盐度压力能力随之增强，从而使盐度压力所施加的影响主要位于发生在细胞膜结构上的细胞过程。 当降解菌处于环境pH值为5.0的条件下，作用于石油烃的趋化性的趋化性系统蛋白质，作用去石油烃摄取的溶血素及黏附素，对短直链烷烃的末端氧化起关键作用的细胞色素家族蛋白质以及跨膜转运所需的转运子蛋白质和膜孔蛋白质的表达均受到抑制，下调倍数分布在0.34至0.70倍。在pH值为8.5的条件下，表达受到抑制的蛋白质则主要是与营养物质跨膜转运相关的转运子蛋白质及膜孔蛋白质，下调倍数分布在0.54至0.83倍。 与水中石油烃浓度500mg/L相比，石油烃为20000 mg/L时，作用于趋化性的趋化性传感器蛋白质以及鞭毛蛋白质、末端氧化的细胞色素家族蛋白质以及营养物质的跨膜转运的部分转运子蛋白质和膜孔蛋白质等的表达受到一定抑制，下调倍数分布在0.25至0.71倍；而石油烃摄取、长直链烷烃的末端氧化、石油烃的脱氢氧化、脂肪酸的β氧化以及酰基辅酶A的代谢等细胞过程相关蛋白质如溶血素、单/双加氧酶、醇/醛脱氢酶等，则受到高浓度石油的烃诱导而上调表达，上调倍数分布在1.43至4.98倍，帮助降解菌高效利用石油烃进行生长、繁殖。 |
