反硝化富集培养物中苯厌氧矿化菌的分离鉴定及其降解机制研究

本研究针对苯污染治理难题，从硝酸盐还原富集培养物中分离出两株潜在苯降解菌（Bz4/Bz7），通过13 C标记实验证实Bz4能以0.298 μM day-1 速率矿化苯并产生13 CO2 （δ13 C达960.2±0.3‰），16S rRNA测序揭示其以Rhizobium（51.4%）和Pseudomonas（18.2%）为优势菌群，为厌氧苯降解生物修复提供新菌种资源。

　　

苯作为持久性有机污染物，其厌氧降解一直是环境微生物学的难点。尽管铁还原和硝酸盐还原条件下已有零星菌株报道，但硫酸盐还原和产甲烷条件下的降解菌仍属空白。更棘手的是，传统培养方法难以捕获绝大多数环境微生物，导致苯降解菌的分离成功率极低。这一困境在硝酸盐污染普遍的地下水修复中尤为突出——虽然硝酸盐还原在能量上优于硫酸盐还原，但可用菌种资源却严重不足。

德国研究团队从采自德国蔡茨苯污染含水层的反硝化富集培养物中，通过经典分离技术获得两株以γ-变形菌（Gammaproteobacteria）为主的菌群Bz4和Bz7。研究发现，仅Bz4能在184天培养中将[¹³
C₆
]-苯转化为¹³
CO₂
，并伴随4.60±0.004 μM亚硝酸盐生成，而Bz7则完全丧失苯降解能力。16S rRNA测序显示，Bz4的菌群组成复杂（含51.4% Rhizobium和18.2% Pseudomonas），而Bz7则96.7%为Simplicispira单一种群。该发现不仅证实铵离子对苯降解菌群构建的关键作用，更首次揭示了Rhizobium-Pseudomonas联合菌群的苯厌氧矿化潜能，论文发表于《Anaerobe》。

关键技术包括：①硝酸盐还原条件下的经典分离培养；②[¹³
C]-标记底物（苯/乙酸）的矿化速率测定；③气相¹³
CO₂
同位素分析；④16S rRNA基因扩增子测序。

【Abstract】
研究证实Bz4和Bz7均能矿化[¹³
C]-乙酸（速率分别为3.3和2.7 μM day^-1
），但仅Bz4展现苯降解能力，其δ¹³
C值显著高于背景值960‰，且亚硝酸盐产量是Bz7的3倍。

【Methods】
通过差异培养基（含/不含铵）分离菌株，采用同位素示踪和微生物组学解析功能与群落关联。

【Results】
Bz4的苯矿化速率（0.298 μM day^-1
）虽慢于已知Azoarcus菌株，但其独特的Rhizobiaceae-Pseudomonas群落结构为首次报道。

【Discussion】
研究揭示了铵离子对降解菌群构建的选择压力：含铵培养基筛选出多菌种协作体系（Bz4），而无铵条件导致功能单一的Simplicispira（Bz7）占优。该发现为解释以往分离失败提供了新视角——传统培养基可能因缺乏关键营养而丢失关键菌种。

这项研究突破了苯厌氧降解菌分离的技术瓶颈，为污染场地修复提供了以Rhizobium为核心的功能菌群设计思路。后续研究需解析其苯开环的具体酶学机制，并验证该菌群在硫酸盐还原条件下的适应性。德国团队的工作将促进从"不可培养微生物"到"精准菌群构建"的范式转变，对实现碳中和背景下的污染治理具有战略意义。