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沈阳生态所在有机氯污染修复与地质杆菌生物多样性方面取得进展

撰稿: 沈阳应用生态研究所 发布时间:2022-06-13
   氯代烷烃是一类人工合成、被广泛应用于各种工业和农业生产活动中的有机氯化物的统称。由于生产、使用、储存或处置不当等原因,导致氯代烷烃通过多种途径进入大气、土壤、地下水体系中,成为全球环境中常见的污染物。有机卤呼吸细菌介导的还原脱氯过程是厌氧环境中包括氯代烷烃在内的有机氯污染物生物降解的一条主要途径。基于有机卤呼吸细菌能量代谢的生物修复方法具有绿色低碳、可持续性强和环境友好等特点,因此有着广阔的应用前景。
  基于此,中国科学院沈阳应用生态研究所污染环境微生物生态课题组以污染河流沉积物为接种源,建立了1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷富集培养体系。研究结果表明,基于河流底泥的富集培养物可将1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷完全脱氯还原为无毒无害乙烯(图1)。通过16SrRNA高通量测试表明培养体系中存在一株新型有机卤呼吸型地质杆菌(Geobacter),其所介导的双脱卤反应将1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷分别还原脱氯至一氯乙烯和乙烯。该菌株以沈阳应用生态所(Institute of Applied Ecology)英文缩写而被命名为地质杆菌- IAE菌株(Geobacter sp. strain IAE)。16S rRNA系统进化分析表明菌株IAE与可降解四氯乙烯的地质杆菌属lovleyi 种SZ菌株(Geobacter lovleyi strain SZ)和KB-1菌株(Geobacter lovleyi strain KB-1)高度相似(98.9%-99.7%)(图2)。此外,通过监测1,1,2-三氯乙烷降解过程中的细胞生长情况,揭示了菌株IAE可通过与脱卤球菌(Dehalococcoides)的协同作用实现了1,1,2-三氯乙烷完全脱氯至乙烯的过程(图3)。
  该成果以“Geobacter sp. strain IAE dihaloeliminates 1,1,2-trichloroethane and 1,2-dichloroethane”为题在2022年3月3日发表在 Environmental Science & Technology期刊。沈阳生态所博士生姜丽思和杨毅研究员为共同第一作者,严俊研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目(2018YFC1800704、2019YFC1804400)、国家自然科学基金项目(41977295、41907287)、“兴辽人才”计划(XLYC1807139)和中国科学院前沿科学重点研究计划项目(ZDBS-LY-DQC038)等项目的支持。
  
  图1. 1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷为电子受体的微生物还原脱氯过程
  (AB)以1,2-二氯乙烷为电子受体的微宇宙系统和转接第五次的还原脱氯过程;
  (CD)以1,1,2-三氯乙烷为电子受体的微宇宙系统和转接第二次的还原脱氯过程
  
  图2. 富集培养体系中菌株 IAE基于16S rRNA 基因的系统发育树分析
  
  图3.  地质杆菌属菌株IAEGeo)和脱卤球菌(Dhc)分阶段参与1,1,2-三氯乙烷还原脱氯至无毒乙烯过程