秸秆改良下Paenarthrobacter sp. KN0901协同增强黑土保护：阿特拉津降解与养分保持的双重促进作用

为解决铀污染地下水修复中功能微生物效率不足的问题，研究人员通过构建含FeRB（铁还原菌）、SRB（硫酸盐还原菌）和NRB（硝酸盐还原菌）的人工设计菌群（DC），对比其与土著菌群（IC）的铀还原效能。结果表明，DC的铀还原率（52.69%）显著高于IC（35.65%），且铀固定过程分吸附、同步还原（SO42?/U(VI)）和稳定化（UO2）三阶段。该研究为铀污染原位修复提供了高效菌群构建策略，发表于《Environmental Research》。

　　

铀矿开采和核燃料生产导致的地下水污染是全球性环境难题。铀在自然界中常以可溶性的六价铀（U(VI)）形式存在，其迁移性强，对生态和人类健康构成威胁。尽管生物修复通过微生物将U(VI)还原为不溶性四价铀（U(IV)）被视为理想策略，但土著菌群（IC）中功能冗余微生物可能竞争电子供体，降低修复效率。为此，中南大学的研究团队提出了一种新思路：人工构建仅含关键功能菌（FeRB、SRB和NRB）的设计菌群（DC），以提升铀还原效率与稳定性。

研究通过对比DC与IC的修复效能，发现尽管IC的铀去除率略高（98.75% vs 95.75%），但DC的铀还原率显著提升（52.69% vs 35.65%），且产物更稳定。机理分析表明，铀固定过程分为三阶段：初期吸附于细胞表面，硝酸盐耗尽后硫酸盐与U(VI)同步还原，最终转化为UO₂。SEM-EDX、XPS和XRD证实DC组生成的UO₂结晶度更高，抗再氧化能力更强。

关键方法

1. 从铀尾矿库采集IC样本，DC由实验室培养的FeRB（如Geobacter spp.）、SRB（如Desulfovibrio spp.）和NRB组成；

2. 监测34天内U(VI)、NO₃^?、SO₄^2?浓度及微生物群落动态；

3. 通过SEM-EDX、XPS和XRD分析铀沉淀物形态与化学状态。

研究结果

• 微生物群落动态：IC组微生物数量更高，但DC组功能菌占比显著，电子利用效率更优。

• 铀还原路径：DC组在硝酸盐耗尽后快速启动U(VI)和硫酸盐共还原，而IC组存在电子分流现象。

• 产物稳定性：DC组生成的UO₂颗粒尺寸更大（XRD半峰宽减小），表面氧化态U(VI)占比更低（XPS分析）。

结论与意义

该研究证实，精简功能菌组成的DC可通过优化电子传递链提升铀还原效率，且产物稳定性显著优于IC。这不仅为铀污染修复提供了“量体裁衣”式菌群设计范式，还揭示了竞争性电子受体（如NO₃^?）对修复效率的调控机制，对复杂环境下的原位修复工程具有指导价值。