耐酸、耐铀优势微生物菌群富集及生态调控策略研究

With the development of uranium mining and metallurgy, a large number of uranium tailings and contaminated water occured, which is the serious threat to the environment. Currently, uranium pollution control is one of the urgent major problems in the fields of nuclear pollution environment. The main purpose of the project is to improve uranium removal efficiency through microbial community regulation. The details are as follows: Enrichment of indigenous microbial community and artificial construction of bacterial community will be carried out. After compared with uranium removal efficiency, predominant acid- and uranium-resistant microbial community will be obtained. Temperature, pH, electron donors (acetate, lactate) and electron acceptors (PO43-, SO42-, Fe3+, NO3-) are chosen as ecological factors. The interaction of ecological factors and microbial community structure, function and abundances of regulatory genes will be unveiled by molecular biological techniques. Then microbial ecological regulation strategy will be proposed for stable uranium removal efficiency. Finally, molecular mechanisms will be conducted in the aspects of binding sites of uranium and bacteria, chemical structure of uranium, and detection of metabolism enzymes activities. This project will provide technical guidance for bioremediation of uranium contaminated soil and water.

随着我国铀矿冶的发展，产生了大量铀尾矿和含铀废水，对环境构成了严重威胁，铀污染控制已成为我国核环境领域急需解决的重大难题之一。本项目旨在通过调控功能菌群提高铀去除效果，具体内容包括：从富集土著微生物与人工构建复合菌群两方面入手，比较两者除铀效果，确定耐酸、耐铀优势微生物菌群；通过分子生物学技术，全面解析温度、pH、电子供体（乙酸、乳酸）和电子受体（PO43-、SO42-、Fe3+、NO3-）等生态因子与微生物群落结构、功能及调控基因丰度的响应关系，建立微生物生态调控策略，实现稳定高效除铀效果；分析铀与微生物结合的部位及化学结构，检测代谢酶活性，揭示微生物耐酸、耐铀的分子生物学机制。本项目的实施可为铀污染土壤或水体的微生物修复提供新思路与技术参考。

针对铀尾矿酸性含铀环境，本项目通过富集耐酸、耐铀优势微生物菌群进行铀去除研究。取得的重要结果如下：. （1）首次发现Carnobacterium、Enterococcus、Comamondadaceae和Cronobacter这4类细菌在铀尾矿土壤中存在。首次发现Candidatus Nitrosotalea、Methanosaeta、Methanobacterium、Crenarchaeotic和Terrestrial Miscellaneous这5类古菌在铀尾矿土壤中存在及其丰度。. （2）从铀尾矿土壤中分离获得26种耐铀微生物菌属，其中Pseudomonas cedrina、Klebsiella sp. 与Acinetobacter johnsonii菌对10mg/L铀在24小时内去除率在94.7%以上，最高达到99.3%。而富集出以Citrobacter（51.58%）、Acinetobacter（25.49%）、Chryseobacterium（12.82%）和Enterobacter（8.5%）的组合菌群，可耐受80mg/L的铀浓度。. （3）厌氧颗粒污泥对2.4-12mg/L的铀，去除率最高达98.7%，形成以不动杆菌、假单胞菌、硫酸盐还原菌为核心的耐铀微生物菌群。pH从6.5降到4.5后，形成以Chryseobacterium、Flavobacterium、Parabacteroides、Pseudomonas和Longilinea菌为核心的耐酸、耐铀优势菌群。. （4）驯化的硫酸盐颗粒污泥，经过24天的运行，对20mg/L含铀废水去除率在94%以上。以硫酸盐还原菌群为基础，制备生物硫铁，在12h对7.2mg/L铀的去除率为98.4%。以硫酸盐还原菌、肠杆菌属、梭菌、不动杆菌及柠檬酸杆菌为核心的耐酸、耐铀菌属丰度之和达71.2%，它们是高效除铀效果的微生物基础。. （5）耐铀细菌形态为球菌与杆菌，细胞表面存在明显的沉淀物，能谱分析证实其中铀含量最高达到28.1%。氨基、羟基、羧基，酰胺基和磷酸根基团在细菌与铀相互作用中起主要作用，磷酸酶蛋白在铀沉淀中作用明显。铀去除的机理涉及微生物还原与生物矿化。. 上述结果证实了“通过富集耐酸、耐铀优势微生物菌群进行含铀废水处理”的可行性，为铀污染控制与生物修复提供了微生物学基础与思路借鉴。