高氯酸盐与三氯乙烯复合污染下的微生物同步脱氯机理

Perchlorate and co-cotaminated trichloroethylene (TCE) were frequently found in water, mostly in groundwater. Researchers have been intensively studied the microbial dehalogenaion of TCE and reduction of perclorate separately. However, no research has focused on the mechanism of dechlorination of co-existed perchlorate and TCE yet, neither the co-metabolic of TCE & perchlorate under aerobic condition, nor the reduction of TCE & perchlorate under anaerobic condition. Thus, we propose to study the simultaneous dechlorination mechanism of co-existed perchlorate and TCE. Based on our previous research, we will study the effects of oxygen, dichloroethylene, chlorate, and chlorite on co-metabolism of TCE, the effects of substrates ratio (TCE and perchlorate concentration ratio), electron donor, electron acceptors, oxidation-reduction potential and carbon sources on reduction of TCE & perchlorate. Combining with the isotopic labeling, qPCR and pyrosequencing techniques, we will know the metabolic pathways, functional enzyme activities, functional genes abundance, and microbial community structures associated with different dechlorination process. By exploiting such experiments, we will be able to address the mechasnisms of simultaneously dechlorination of co-existed perchlodrate and TCE, which is of great importance for the in-situ bioremediation of co-contaminated water or groundwater.

环境水体尤其是地下水的高氯酸盐与三氯乙烯污染日趋严重，且以复合污染为主。现有的高氯酸盐和三氯乙烯的生物降解脱氯多为单一研究，两者复合污染下的微生物脱氯机理则尚未探明。因此，本项目拟以高氯酸盐与三氯乙烯的复合污染物为研究对象，利用离子色谱、气相色谱、气质联用及同位素示踪等技术研究氧气、氯乙烯类和电子供体质量影响下的高氯酸盐与TCE同步脱氯过程及TCE代谢途径；研究高氯酸盐与TCE的底物浓度比、电子供体类型、电子受体竞争、氧化还原电位与碳源种类对高氯酸盐与TCE的厌氧同步还原脱氯过程的影响；并结合环境分子生物技术及高通量基因测序及数据的深度挖掘，分析功能酶、功能基因及微生物生态结构在不同脱氯过程中的响应及调控机制。以期揭示高氯酸盐与三氯乙烯复合污染下的微生物同步脱氯机理，从而将为环境水体中高氯酸盐与三氯乙烯复合污染的生物修复提供理论支撑和实践指导。

环境水体尤其是地下水中的高氯酸盐与三氯乙烯污染日趋严重，且以复合污染为主。现有的高氯酸盐和三氯乙烯的生物降解脱氯多为单一研究，两者复合污染下的微生物脱氯机理则尚未探明。因此，本项目以高氯酸盐与三氯乙烯的复合污染物为研究对象，研究了氧气、氯乙烯类和电子供体影响下的高氯酸盐与TCE同步脱氯过程及TCE代谢途径；研究了高氯酸盐与TCE的底物浓度比、电子供体类型、电子受体竞争、氧化还原电位与碳源种类对高氯酸盐与TCE的厌氧同步还原脱氯过程的影响；并结合环境分子生物技术及高通量基因测序及数据的深度挖掘，分析了功能酶、功能基因及微生物生态结构在不同脱氯过程中的响应及调控机制。现有研究表明：1）不同类型菌群对TCE和高氯酸盐的还原具有不同的作用机制，低浓度的TCE对高氯酸根降解菌还原速率没有明显的抑制作用，且高氯酸根降解菌群可将TCE降解为DCE和VC，经过长时间的富集培养，成功获得能同时降解高氯酸盐和TCE的菌群PTRB，高通量测序数据显示该菌群中Dehalococcoides为优势菌属；高氯酸盐对TCE降解菌群还原脱氯速率没有影响，且高氯酸盐不能被TCE降解菌群还原。2）氧气抑制实验表明，不同浓度的氧气对PTRB菌群的TCE还原脱氯有不同的抑制作用，TCE在不同阶段的还原脱氯受氧气的抑制程度不同，TCE到DCE的还原脱氯阶段耐氧，VC到乙烯的还原脱氯阶段对氧气最敏感，低浓度的氧气暴露下，乙烯的生成速率就会受到影响，在高浓度下，VC到乙烯的还原脱氯受到完全地、不可逆地抑制。3）高浓度的高氯酸盐会降低TCE的还原脱氯速率，而抑制的原因是电子供体的竞争而不是高氯酸盐还原过程产生的氧气造成的氧毒。4）在同步还原脱氯过程中，氢气是最佳的电子供体，硝酸根对其无影响，HCO3-是最佳的碳源。以上的实验揭示了同步还原脱氯的机制，为复合污染场地的原位修复提供了理论依据。