氯代烷烴是一類人工合成、被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的有機(jī)氯化物的統(tǒng)稱。由于生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存或處置不當(dāng)?shù)仍颍瑢?dǎo)致氯代烷烴通過(guò)多種途徑進(jìn)入大氣、土壤、地下水體系中，成為全球環(huán)境中常見(jiàn)的污染物。有機(jī)鹵呼吸細(xì)菌介導(dǎo)的還原脫氯過(guò)程是厭氧環(huán)境中包括氯代烷烴在內(nèi)的有機(jī)氯污染物生物降解的一條主要途徑。基于有機(jī)鹵呼吸細(xì)菌能量代謝的生物修復(fù)方法具有綠色低碳、可持續(xù)性強(qiáng)和環(huán)境友好等特點(diǎn)，因此有著廣闊的應(yīng)用前景。
基于此，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所污染環(huán)境微生物生態(tài)課題組以污染河流沉積物為接種源，建立了1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷富集培養(yǎng)體系。研究結(jié)果表明，基于河流底泥的富集培養(yǎng)物可將1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷完全脫氯還原為無(wú)毒無(wú)害乙烯（圖1）。通過(guò)16SrRNA高通量測(cè)試表明培養(yǎng)體系中存在一株新型有機(jī)鹵呼吸型地質(zhì)桿菌（Geobacter），其所介導(dǎo)的雙脫鹵反應(yīng)將1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷分別還原脫氯至一氯乙烯和乙烯。該菌株以沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)所（Institute of Applied Ecology）英文縮寫而被命名為地質(zhì)桿菌- IAE菌株（Geobacter sp. strain IAE）。16S rRNA系統(tǒng)進(jìn)化分析表明菌株IAE與可降解四氯乙烯的地質(zhì)桿菌屬lovleyi 種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%）（圖2）。此外，通過(guò)監(jiān)測(cè)1,1,2-三氯乙烷降解過(guò)程中的細(xì)胞生長(zhǎng)情況，揭示了菌株IAE可通過(guò)與脫鹵球菌（Dehalococcoides）的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了1,1,2-三氯乙烷完全脫氯至乙烯的過(guò)程（圖3）。
該成果以“Geobacter sp. strain IAE dihaloeliminates 1,1,2-trichloroethane and 1,2-dichloroethane”為題在2022年3月3日發(fā)表在
Environmental Science & Technology期刊。沈陽(yáng)生態(tài)所博士生姜麗思和楊毅研究員為共同第一作者，嚴(yán)俊研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFC1800704、2019YFC1804400）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41977295、41907287）、“興遼人才”計(jì)劃（XLYC1807139）和中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目（ZDBS-LY-DQC038）等項(xiàng)目的支持。
圖1. 以1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷為電子受體的微生物還原脫氯過(guò)程
（A、B）以1,2-二氯乙烷為電子受體的微宇宙系統(tǒng)和轉(zhuǎn)接第五次的還原脫氯過(guò)程；
（C、D）以1,1,2-三氯乙烷為電子受體的微宇宙系統(tǒng)和轉(zhuǎn)接第二次的還原脫氯過(guò)程
圖2. 富集培養(yǎng)體系中菌株 IAE基于16S rRNA 基因的系統(tǒng)發(fā)育樹分析
圖3. 地質(zhì)桿菌屬菌株IAE（Geo）和脫鹵球菌（Dhc）分階段參與1,1,2-三氯乙烷還原脫氯至無(wú)毒乙烯過(guò)程
