电化学活性细菌介导环境有机污染物强化修复的机制研究

Electrochemically active bacteria (EAB) have received extensive attention in the field of anaerobic remediation of environmental pollutants due to their unique electronic reduction capabilities. Aiming at the current bottleneck in the application of EAB in anaerobic bioremediation, this project, using the model EAB strain S. oneidensis MR-1 as the research object, explores the indirect application of the electronic reduction properties of EAB for the enhanced remediation of organic pollutants. In view of the low extracellular-reducing capacity, EAB and visible light catalytic nanomaterials were combined to increase the energy of extracellular electrons and enhance their reductive remediation effect on pollutants; (2) For the limitation that the organic pollutants can only be partially degraded by EAB, the construction of a novel EAB-persulfate reaction system, in which EAB as a biological activator will trigger the production of sulfate radicals to achieve complete degradation of pollutants. This project will significantly enhance EAB's ability to repair organic pollutants and is helpful for the application of EAB in environmental bioremediation, which has important academic value and good application prospects.

电化学活性细菌（EAB）因其独特的厌氧还原能力而在污染物修复领域受到广泛关注。本项目针对目前EAB在厌氧有机污染物修复研究中所面临的瓶颈问题，以模式菌株S. oneidensis MR-1为研究对象，探索间接利用EAB电子还原特性进行有机物污染物强化修复的机制研究。针对胞外电子能量不足的问题，将EAB和可见光催化纳米材料联用，通过提升EAB胞外电子能量以增强其对污染物的还原修复效能；针对EAB部分降解污染物的局限，采用新型EAB-过硫酸盐反应体系，将EAB作为生物活化剂触发硫酸根自由基的产生以实现污染物的厌氧氧化降解。本项目的顺利开展将能显著增强EAB对有机污染物的修复效能，扩展其在环境应用范围，具有重要的学术价值和良好的应用前景。

电化学活性细菌其独特的胞外电子释放能力，使其在污染物厌氧修复领域受到广泛关注。但是EAB释放的电子能量较低，限制了其对污染物还原降解的能力。针对这一瓶颈问题，本项目从纳米材料化学/生物合成、生物光电还原体系构建、降解效能评价与作用机理解析、纳米材料-微生物相容性优化、纳米材料的厌氧刺激效应评估、以及纳米材料的环境安全性评估等多方面开展，以模式菌株S. oneidensis MR-1为研究对象，构建EAB-可见光响应纳米材料耦联的生物光电还原降解体系（BPRDS），通过可见光激发提升EAB胞外电子能量以增强其对污染物的还原修复效能，从而显著强化有机污染物的厌氧修复。研究发现，BPRDS中可见光能够激发光响应纳米材料以产生光生电子-空穴对。高能量的光生电子在厌氧条件下能够高效还原有机污染物，而EAB代谢产生的生物电子则能够传递到光响应纳米材料，作为空穴牺牲剂提供电子以维持BPRDS体系的持续运行。此外，本项目针对生物还原降解难以实现有机污染物完全矿化的缺陷，利用基因编辑CRISPR技术改造S. oneidensis MR-1，初步实现有氧条件下周质H2O2持续合成以及胞外Fe(II)循环再生的同时进行，为构建同步生物芬顿体系实现有机污染物的氧化修复奠定了基础。本项目的顺利开展及其后续研究将能显著增强EAB对有机污染物的修复效能，扩展其在环境应用范围，因此具有重要的学术价值和良好的应用前景。