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科技動態

沈陽生態所在有機氯污染修復與地質桿菌生物多樣性方面取得進展

撰稿: 沈陽應用生態研究所 發布時間:2022-06-13
   氯代烷烴是一類人工合成、被廣泛應用于各種工業和農業生產活動中的有機氯化物的統稱。由于生產、使用、儲存或處置不當等原因,導致氯代烷烴通過多種途徑進入大氣、土壤、地下水體系中,成為全球環境中常見的污染物。有機鹵呼吸細菌介導的還原脫氯過程是厭氧環境中包括氯代烷烴在內的有機氯污染物生物降解的一條主要途徑?;谟袡C鹵呼吸細菌能量代謝的生物修復方法具有綠色低碳、可持續性強和環境友好等特點,因此有著廣闊的應用前景。
  基于此,中國科學院沈陽應用生態研究所污染環境微生物生態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體系。研究結果表明,基于河流底泥的富集培養物可將1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷完全脫氯還原為無毒無害乙烯(圖1)。通過16SrRNA高通量測試表明培養體系中存在一株新型有機鹵呼吸型地質桿菌(Geobacter),其所介導的雙脫鹵反應將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。該菌株以沈陽應用生態所(Institute of Applied Ecology)英文縮寫而被命名為地質桿菌- IAE菌株(Geobacter sp. strain IAE)。16S rRNA系統進化分析表明菌株IAE與可降解四氯乙烯的地質桿菌屬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,通過監測1,1,2-三氯乙烷降解過程中的細胞生長情況,揭示了菌株IAE可通過與脫鹵球菌(Dehalococcoides)的協同作用實現了1,1,2-三氯乙烷完全脫氯至乙烯的過程(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日發表在 Environmental Science & Technology期刊。沈陽生態所博士生姜麗思和楊毅研究員為共同第一作者,嚴俊研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃項目(2018YFC1800704、2019YFC1804400)、國家自然科學基金項目(41977295、41907287)、“興遼人才”計劃(XLYC1807139)和中國科學院前沿科學重點研究計劃項目(ZDBS-LY-DQC038)等項目的支持。
  
  圖1. 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程
 ?。?span lang="EN-US">A、B)以1,2-二氯乙烷為電子受體的微宇宙系統和轉接第五次的還原脫氯過程;
 ?。?span lang="EN-US">C、D)以1,1,2-三氯乙烷為電子受體的微宇宙系統和轉接第二次的還原脫氯過程
  
  圖2. 富集培養體系中菌株 IAE基于16S rRNA 基因的系統發育樹分析
  
  圖3.  地質桿菌屬菌株IAEGeo)和脫鹵球菌(Dhc)分階段參與1,1,2-三氯乙烷還原脫氯至無毒乙烯過程 
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