厌氧-好氧耦合系统中细菌介导的硫循环与镉稳定化协同机制研究

为解决水体镉(Cd2+)污染治理难题，研究人员创新性地构建SRB(硫酸盐还原菌)与SOB(硫氧化菌)协同体系，揭示双向硫循环(S2??SO42?)驱动CdS稳定化的分子机制。通过生理响应实验与多尺度表征(XRD/SEM-EDS)，证实Enterobacter quasihormaechei在40 mg/L Cd2+下实现75%镉固定率，而Pseudomonas protegens仅溶解18%生物源CdS，二者通过2:1(SO42?:S2?)和1.29:1(S2?:SO42?)的化学计量比形成可持续底物循环，为重金属生物修复提供新范式。

　　

镉污染是威胁全球水生态安全的重大环境问题。传统物理化学修复方法存在成本高、易二次污染等缺陷，而微生物介导的生物修复技术因其环境友好特性备受关注。尽管硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)通过异化硫酸盐还原(Dissimilatory Sulfate Reduction, DSR)固定镉的研究已有报道，但硫循环系统中SRB与硫氧化菌(Sulfur-Oxidizing Bacteria, SOB)的协同作用机制仍是未解之谜。这一科学盲区严重制约了微生物修复技术的工程化应用。

为破解这一难题，中国某研究机构（根据基金编号U21A2016和42430715推断为国内单位）的研究团队创新性地构建了厌氧-好氧耦合系统，首次阐明Enterobacter quasihormaechei（SRB）与Pseudomonas protegens（SOB）通过双向硫循环实现镉稳定化的分子机制。该突破性成果发表于环境科学顶级期刊《Science of The Total Environment》。

研究团队采用多学科交叉技术路线：从四川绵阳污水处理厂采集样本分离纯化菌株，通过16S rRNA基因测序鉴定物种；利用Postgate's B培养基和硫氧化细菌培养基进行培养特性分析；结合X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜-能谱联用(SEM/EDS)表征CdS形成过程；通过氧化还原电位(Eh)监测和硫价态转化分析揭示代谢途径。

细菌生长特性分析
研究发现E. quasihormaechei在18小时进入对数生长期，36小时达最大生长速率，在pH 7.0-7.5时展现最佳还原活性。值得注意的是，Cd²⁺刺激显著提升其还原酶活性，这种"毒物兴奋效应"为理解SRB的逆境适应机制提供新视角。

硫循环与镉固定化
在40 mg/L Cd²⁺胁迫下，SRB通过DSR途径将SO₄^2?还原为S^2?，7天内形成稳定CdS沉淀，固定效率达75%。XRD图谱明确检测到立方晶系CdS特征峰，SEM显示其呈规则纳米颗粒聚集态。而SOB在好氧阶段将S₂O₃^2?和S^2?重新氧化为SO₄^2?，仅引起18% CdS溶解，形成可持续的硫素循环：SRB为SOB提供S^2?，SOB为SRB再生SO₄^2?，实际化学计量比分别为2:1(还原)和1.29:1(氧化)。

结论与展望
该研究首次揭示SRB-SOB互作通过"硫素闭环"实现镉长效稳定的新机制，突破传统单一菌种修复效率低的瓶颈。建立的SO₄^2?-S^2?-SO₄^2?循环模型为开发"以废治废"型生物修复工艺奠定理论基础，尤其适用于电镀、采矿等工业废水处理。未来研究可进一步优化菌群配比和反应器设计，推动该技术从实验室走向工程应用。