中国科学院广州地球化学研究所博士生吴骏宏在该所研究员钟音、中国科学院院士彭平安的指导下，将含有脱卤拟球菌的培养物与硫化纳米零价铁结合，构建了一个组合系统，实现了对四氯乙烯的高效非生物-生物协同降解。近日，相关成果以副封面文章的形式发表于《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）。

相关成果入选《环境科学与技术》副封面。研究团队供图

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论文第一作者吴骏宏表示，氯代烯烃作为一种广泛分布于地下环境中的卤代有机污染物，对生态环境和人类健康构成了严峻的威胁。面对这一挑战，开发可持续的原位脱氯修复技术已成为治理氯代烯烃污染地下水的关键任务。

研究人员在国家自然科学基金等项目的资助下，构建了一个新的组合系统，实现了对四氯乙烯的高效非生物-生物协同降解。该降解过程涉及三个主要途径：一是通过非生物氢解途径转化为乙烯；二是通过非生物β-消除途径生成乙炔，随后乙炔进一步转化为乙烯；三是通过生物还原脱氯途径转化为氯乙烯和乙烯。定量分析结果显示，氯乙烯的浓度高于乙炔，这表明在该组合系统中，生物还原脱氯是四氯乙烯降解的主要途径。在不额外添加有机电子供体的情况下，该组合系统的四氯乙烯降解效率优于单一系统。

随着四氯乙烯的多次添加，系统的降解速率逐渐提升，经过五次重复添加四氯乙烯后，四氯乙烯在6天内实现了完全降解。通过16S扩增子测序和定量PCR分析发现，在五次重复添加四氯乙烯之后，脱卤拟球菌的相对丰度从5.2%激增至91.5%，生物量从1.79×10⁶ cells/mL增加到1.39×10⁸ cells/mL，提高了78倍。硫化纳米零价铁通过与水反应产生氢气，为脱卤拟球菌提供了丰富的电子供体，从而有效促进了脱卤拟球菌的生长和四氯乙烯的生物还原脱氯过程。

此外，硫化纳米零价铁通过向挥发性脂肪酸生成微生物供应电子，促进了挥发性脂肪酸的产生，这为脱卤拟球菌的生长提供了必需的碳源，例如乙酸，进而有效促进了脱卤拟球菌的生长。宏基因组分析表明，Desulfovibrio、Syntrophomonas、Clostridium和Mesotoga是组合系统中主要负责挥发性脂肪酸生成的微生物种类。

为了深入理解组合系统的电子流向和电子利用效率，研究人员采用电子平衡分析法对系统中电子的分配进行了研究。分析结果表明，硫化纳米零价铁产生的电子当量主要用于四氯乙烯的脱氯反应和脱卤拟球菌的生长，分别占据了68.1%和6.8%的电子当量，这一比例显著高于使用有机电子供体时脱氯过程所占的电子当量百分比（12-22%）。这一发现表明，该组合系统具有更高的电子利用效率，能够更有效地引导系统中的电子流向脱氯过程，而非其他途径。

论文通讯作者、中国科学院广州地球化学研究所研究员钟音表示，该研究揭示了硫化纳米零价铁、脱卤拟球菌以及挥发性脂肪酸生成微生物降解氯代烯烃的协同机制，为实现氯代烯烃污染地下水的可持续性原位修复提供了重要的理论依据。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c10948