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低pH条件下有机氯污染场地的厌氧微生物修复

17、土壤科学与环境健康 > 专题10：场地土壤与地下水污染修复

有机氯化合物（例如，四氯乙烯，三氯乙烯）是我国环境中常见污染物，对我国工农业生产及水源地饮用水安全等构成了严重威胁。在厌氧环境中，脱氯微生物能利用氢气或甲酸盐作为电子供体来裂解有机氯化物的碳氯键，并从中获得能量来供给自身生命活动。在这个称之为有机氯呼吸（Organohalide respiration）的过程中，脱氯微生物利用自身能量新陈代谢活动将有毒有害有机氯化物转化为低毒甚至无毒化合物。微生物修复技术作为一种可持续且无二次污染的绿色手段，在地下水有机氯污染场地修复上有着巨大应用前景。然而，在有机氯污染场地修复过程中，一个较常见的问题是由于生物刺激或强化所引发的地下水酸化（pH降低到6以下），从而导致微生物脱氯活性大大降低甚至完全丧失。因此，发掘在低pH条件下能进行有机氯降解的脱氯微生物资源将有助于开展有机氯污染场地修复工程。实验表明，大多数厌氧脱氯微生物不能在pH 5.5条件下降解四氯乙烯（PCE），而只有 Sulfurospirillum multivorans能在pH 5.5条件下将PCE脱氯成顺式-1,2-二氯乙烯（cDCE），并在重复转接时保持该活性。我们通过接种土壤或沉积物样品建立了多个微宇宙脱氯培养体系（Microcosms），在pH 7.2条件下，重复转接得到的微生物群落保持了能将PCE降解到乙烯的能力，但在pH 5.5下仅有利用美国Axton Cross 超级基金污染场地样品富集得到的微生物群落能将四氯乙烯脱氯至最终产物二氯乙烯。应用16S rRNA基因扩增子测序技术，发现脱卤拟球菌（Dehalococcoides）和硫磺单胞菌（Sulfurospirillum）分别为pH 7.2和pH 5.5培养条件下的优势脱氯微生物。在pH 5.5培养条件下分离到的两株Sulfurospirillum菌株能够分别将四氯乙烯降解到三氯乙烯和二氯乙烯。这些结果表明，脱卤拟球菌不能在pH≤5.5条件下维持氯乙烯降解活性，而硫磺单胞菌Sulfurospirillum在低pH污染场地清除有机氯污染物过程中起到关键作用。本研究为实施有机氯类污染物的原位修复提供了科学理论支持。