基于混合菌群PT对三氯乙烯高效降解的机理研究

由于三氯乙烯在工业上的大量应用，导致环境水体被氯乙烯大面积污染。去除环境中三氯乙烯污染迫在眉睫。生物降解三氯乙烯因为高效性和低成本性，而被广泛看好。目前国际上对氯乙烯的生物降解主要集中在寻找高效降解菌种和菌群，并大量研究这些菌的分子遗传特征。尚未有研究关注混合菌群中不同菌的相互协同作用对氯乙烯降解的关系。而只有更好的理解高效氯乙烯降解菌群的组成、不同功能菌之间的相互关系，以及环境因子的影响，才能更好的理解高效氯乙烯降解菌群的脱氯机理。基于此，本项目拟采用不同电子供体，并通过选择性抑制产乙酸菌和产甲烷菌，分析不同条件下PT菌群的TCE降解动力学、利用焦磷酸测序和荧光定量PCR技术分析微生物组成变化和功能微生物生物量变化，以探索该高效三氯乙烯降解菌群的脱氯机理。并通过实验室模拟该菌群在反应器中降解三氯乙烯的表现。本研究的顺利实施具有重要研究意义，可为我国地下水氯乙烯生物修复提供理论和实践支撑。

三氯乙烯（TCE）作为干洗剂及脱脂除油剂在全球范围内被大量广泛使用，由于使用、存放及排放过程的不当等原因，致使环境中大量存在，并直接污染地下水体。生物还原为环境中三氯乙烯污染去除的新兴手段，但相关的微生物作用机理并不明了。本项目以实验室先期富集的TCE还原菌群为研究对像，通过研究不同电子供体、甲烷浓度及氧气暴露浓度等环境条件对该菌群脱氯动力学过程、关键代谢中间产物的变化、主要功能基因及功能酶的响应机制及微生物群落结构变化，阐明了PT菌群高效降解TCE的机理。不同电子供体对PT菌群脱氯影响的研究表明，发酵类有机酸比乙酸及氢气能更有效地刺激菌群还原TCE；乳酸相比甲醇，因产甲烷菌丰度明显较脱氯菌Dehalococcoides菌低，脱氯菌的电子利用效率最高，脱氯效果最好；BES抑制产甲烷菌产甲烷过程对PT菌群的影响的研究表明，高浓度的甲烷及高丰度的产甲烷菌对对脱氯有较为明显的抑制作用，甲烷浓度过低（<2 uM）时，脱氯速率同样明显受到抑制，一定浓度的甲烷（2-4 uM）对维持脱氯菌脱氯活力十分关键；氧气对PT菌群脱氯速率影响实验表明，氧气会抑制PT菌群的脱氯活性，抑制程度取决于氧气初始浓度：氧气浓度小于0.2ppm的情况之后，PT菌群的脱氯活性不受影响，氧气浓度大于0.5ppm时，开始对PT菌群的脱氯产生抑制作用， TCE全部降解为VC后，VC开始进一步脱氯产生为无毒乙烯，氧气的浓度达到4ppm时，对PT菌群脱氯过程产生强烈抑制作用。本研究为氯乙烯污染水源的原位生物修复提供了丰富的理论支撑。