不同功能菌群构建的人工复合菌群对铀污染地下水修复效率的机制研究

针对铀污染地下水修复中关键功能菌群缺失问题，研究人员通过构建含FeRB、SRB和NRB的人工复合菌群（DC），对比其与土著菌群（IC）的U(VI)还原效率。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，为原位修复提供了高效菌群构建策略。

　　

铀污染地下水治理是环境领域的重大挑战。铀矿开采和核燃料生产导致大量含铀(VI)废水渗入地下，其高溶解度和迁移性严重威胁生态系统和人类健康。尽管生物还原法通过微生物将可溶性U(VI)转化为不溶性U(IV)（如UO₂）被证明有效，但土著微生物群落（IC）中功能菌群的缺失或冗余常导致修复效率低下。更棘手的是，地下水中常共存的硝酸盐、硫酸盐和Fe(III)会与U(VI)竞争电子受体，进一步制约修复效果。

针对这一难题，中国的研究团队在《Environmental Research》发表了一项创新研究。他们突破传统依赖复杂IC的思路，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）构建人工复合菌群（DC），系统比较了DC与IC的修复效能。研究发现，虽然IC对铀的总去除率（98.75%）略高于DC（95.75%），但DC的铀还原率（52.69%）显著超越IC（35.65%），且产物更稳定。通过SEM-EDX、XPS和XRD等技术解析，铀固定过程呈现三阶段特征：初期吸附于细胞表面，中期硫酸盐与铀同步还原，最终形成稳定UO₂。

研究采用的关键技术包括：从铀尾矿库获取IC样本，构建含Geobacter等菌株的DC；监测34天内U(VI)、NO₃^?、SO₄^2?浓度变化；结合高通量测序分析菌群演替；运用光谱学表征铀形态转化。

微生物浓度与电子受体消耗

DC组微生物浓度虽低于IC，但表现出更高效的电子传递链。硝酸盐在7天内被NRB优先消耗，为后续U(VI)还原创造条件（图1b）。

铀还原效率对比

DC组铀还原率峰值较IC组提高48%，且U(VI)还原与SO₄^2?还原呈现协同效应（图1d），表明功能菌群分工明确。

产物稳定性分析

XPS显示DC组U(IV)占比达82.3%，显著高于IC组（67.8%）；XRD证实DC组更易形成晶型UO₂，这种差异源于SRB产生的S^2?对铀的稳定化作用。

该研究不仅证实精简而高效的功能菌群设计可突破IC的局限性，更揭示了多菌种协同修复铀污染的分子机制。特别是发现SRB在铀稳定化中的关键作用，为开发靶向增强型生物修复剂提供了理论依据。研究成果对实现铀污染场地的绿色可持续治理具有重要实践价值，也为其他重金属污染修复提供了范式参考。