功能菌群定向构建强化铀污染地下水生物修复的机制研究

铀污染地下水治理面临功能菌群缺失难题。研究人员通过构建含FeRB、SRB和NRB的人工菌群(DC)，发现其铀还原率(52.69%)显著高于天然菌群(IC)的35.65%，揭示了"吸附-同步还原-稳定转化"的三阶段机制，为原位修复提供了高效菌群设计范式。

　　

铀矿开采导致的地下水污染已成为全球性环境挑战。在自然水体中，铀主要以可溶性的六价铀(U(VI))和难溶性的四价铀(U(IV))形态存在，其中U(VI)的高迁移性严重威胁生态系统和人类健康。传统依赖天然菌群(IC)的生物修复技术面临关键功能菌种缺失、电子受体竞争等瓶颈，如何构建高效人工菌群成为突破点。

中南大学资源与安全工程学院的研究团队创新性地采用"自下而上"策略，精选铁还原菌(FeRB)、硫酸盐还原菌(SRB)和硝酸盐还原菌(NRB)构建人工菌群(DC)，通过对比实验揭示了DC在铀还原效率(52.69% vs 35.65%)和产物稳定性方面的优势。该成果发表于《Environmental Research》，为铀污染原位修复提供了理论新视角。

研究采用多组学联用技术：通过16S rRNA测序解析菌群结构动态，借助SEM-EDX观察微生物-铀相互作用界面，结合XPS和XRD分析铀价态转化与晶体结构，并采用地球化学建模解析电子传递路径。实验样本取自华南某退役铀尾矿库的沉积物和地下水。

【微生物群落动态】

DC组在保持较低生物量前提下实现更高铀还原效率，证明精简菌群可减少电子供体浪费。NRB优先消耗硝酸盐，为后续SRB介导的硫酸盐/U(VI)共还原创造有利条件。

【地球化学过程】

发现铀固定化三阶段规律：0-7天以细胞表面吸附为主；7-14天SRB主导U(VI)/SO₄^2-同步还原；14天后非晶态UO₂逐渐转化为稳定晶态。DC组UO₂结晶度较IC组提高17.3%。

【分子机制】

XPS证实DC组U(IV)占比达82.5%，显著高于IC组(68.2%)。FeRB通过介导Fe(II)/U(VI)电子穿梭增强还原动力学，SRB产生的S^2-与UO₂²⁺形成稳定络合物。

该研究首次证实精简功能菌群在铀污染修复中的协同优势：FeRB解决电子传递瓶颈，SRB确保产物长期稳定，NRB消除竞争性电子受体干扰。相比复杂天然菌群，DC组铀还原效率提升47.8%，且修复产物抗再氧化能力显著增强。研究提出的"功能模块化"菌群构建策略，为复杂环境下的微生物修复工程提供了可推广的技术框架。