《Journal of Hazardous Materials》：Reductive dechlorination resilience to oxygen intrusion: dehalogenase-dependent differential recovery and community-mediated redox homeostasis
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•氧气暴露导致的是顺序性而非不可逆的脱氯抑制。•冗余的脱卤酶基因维持了高氯化乙烯的脱氯作用。•瞬时的Pseudomonas增殖通过有氧呼吸消耗了氧气。•宏基因组学和宏转录组学阐明了群落韧性机制。引言有机氯化合物，如有机氯溶剂和农药，由于广泛的历史使用和难以通过非生物途径降解，
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氧气暴露导致的是顺序性而非不可逆的脱氯抑制。
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冗余的脱卤酶基因维持了高氯化乙烯的脱氯作用。
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瞬时的Pseudomonas增殖通过有氧呼吸消耗了氧气。
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宏基因组学和宏转录组学阐明了群落韧性机制。
引言
有机氯化合物，如有机氯溶剂和农药，由于广泛的历史使用和难以通过非生物途径降解，构成了地下含水层中的持久性环境污染物 [1]，[2]，[3]。这些人为氯代化合物因其生物富集性、持久性和广泛存在而日益引起公众关注 [4]，[5]，[6]。鉴于有机氯污染物对公共健康和生态系统造成的重大威胁，已投入大量努力开发高效的衰减方法。有机卤化物呼吸细菌（OHRB）的发现推动了有机氯污染物强化原位生物修复的发展 [7]，[8]。这些专性厌氧菌通过多样的还原脱卤酶（RDase）复合体介导还原脱氯，从而将污染物解毒与细胞能量保存耦合起来 [9]，[10]。然而，污染场地下介质 的异质性通常导致氧气侵入名义上的无氧区，形成复杂的氧化应激环境，从而破坏原位还原脱氯性能 [11]，[12]。在实际中，这种侵入通常是间歇性和瞬时的，而不是突发的或持续的，由补给事件、水位波动和通过变饱和沉积物的大气交换驱动 [13]，[14]；即使是短暂的氧气脉冲也会显著损害专性脱氯作用 [15]。
作为代表性专性 OHRB，Dehalococcoides 属（Dhc）成员因其将四氯乙烯（PCE）或三氯乙烯（TCE）完全还原脱氯为乙烯的关键作用而受到广泛研究 [9]，[16]，[17]。Amos 等人（2008）证明氧气暴露不可逆地抑制了以Dhc为主的联合体中氯乙烯（VC）至乙烯的脱氯，在返回无氧条件后，仅十四次重复实验中的一次出现恢复，支持了普遍认为的Dhc受氧气诱导抑制本质上是不可逆的观点 [18]。尽管如此，现场规模的生物修复试验始终记录到在瞬时氧气侵入事件后脱氯作用的部分至完全恢复 [19]，[20]，[21]。Liu 等人（2017）表明，TCE 脱氯联合体在梯度氧气暴露下维持了完全脱氯至乙烯，携带tceA基因的Dhc种群对氧气的敏感性低于携带vcrA基因的种群 [15]。然而，非脱氯生物的氧气清除作用是根据 16S 扩增子测序和 qPCR 推断的，而非从机制上阐明的。这种差异表明，种间相互作用可能缓冲 OHRB 免受氧化应激，但具体的种群和分子机制仍未确定。
值得注意的是，并非所有 OHRB 都表现出严格的厌氧专化性。非Dhc OHRB 如Dehalogenimonas通过酶防御（例如烷基过氧化氢还原酶）表现出部分氧化应激抗性 [22]，而多面手 OHRB 如Sulfurospirillum在氧化还原波动下维持代谢活动 [23]。现场证据证实了这些非Dhc OHRB 的生态相关性，因为选择性抑制Dhc并未完全停止生物脱氯 [24]。这些观察结果表明，多样 OHRB 之间的功能冗余可能是群落水平韧性的基础，但携带不同 RDase 基因的单一致 OHRB 种群如何贡献于逐步脱氯恢复仍未解决。
虽然 OHRB 多样性奠定了生物脱氯能力，但氧化还原稳态的维持本质上涉及非 OHRB 种群 [25]，[26]。混合群落显示出比Dhc单培养显著更高的氧气耐受性，氧气耐受阈值从分离菌株的< 0.5 mg/L 提高到混合联合体的 > 6 mg/L [15]，[18]，[27]。现有解释将此增强的耐受性归因于共存兼性厌氧菌的氧气清除作用 [28]，[29]，[30]；然而，以前的研究主要关注静态氧气条件下的 OHRB 生理学，未阐明特定非 OHRB 成员动态作用，以及它们介导氧化应激缓解和促进 OHRB 恢复的分子机制。
本研究调查了梯度氧气暴露（0–4 mg/L）下 PCE 至乙烯联合体的还原脱氯动力学，以阐明由种间相互作用介导的微生物韧性机制。表征了脱氯动力学以及产甲烷、产酸和产氢过程，以解决特定阶段的代谢响应。采用整合的宏基因组学和宏转录组学分析来确定携带不同 RDase 基因的 OHRB 如何差异性响应和恢复氧化应激，并确定负责氧化应激缓解和群落水平氧化还原稳态的具体非 OHRB 种群和分子机制。除了阐明群落成员及其转录响应外，本研究考察了单个脱氯步骤的差异易感性是否与其对应的 RDase 基因在共存种群中的分布有关，为理解氧气应激下特定步骤的韧性提供了生态基础。
章节摘要
化学品
氯乙烯（CEs，纯度≥99%），包括 TCE、cis-1,2-二氯乙烯（cis-DCE）、trans-1,2-二氯乙烯（trans-DCE）和 VC，购自阿拉丁生化科技（上海，中国）和 J&K Scientific（北京，中国）。所有其他化学品均为分析纯或更高纯度，除非另有说明，否则未经进一步纯化直接使用。
培养、培养基制备及生长条件
接种物，命名为 DL，是一个原本从沉积物中富集而来的 PCE 至乙烯脱氯联合体
对氧气冲击的初始脱氯响应（0–36 天）
在受控氧化条件（L0–L4，表 S1）下的批次实验揭示了微生物对氧气暴露的不同响应。在无氧情景（L0&L1）中，DL 联合体主要由以Dehalococcoides和Dehalobacter为代表的专性 OHRB 主导 [33]，它们依赖强还原环境进行有效脱氯。具体而言，DL 联合体实现了 PCE 至乙烯的高效解毒（图 1a&b）。在最初的 36 天内，1506.6 μmol·L?1 和 1254.7 μmol·L?1 的 PCE 被
结论
尽管氧气暴露高达 4 mg/L，联合体仍维持了 PCE-DCE 脱氯活性（3.8 μmol Cl?·L?1·d?1），而 VC 解毒在超过 2 mg/L 时停止，导致 72 天内 DCE 和 VC 分别积累 39.6% 和 9.4%，并在氧气耗尽后上游步骤顺序恢复。整合的宏基因组学和宏转录组学分析揭示，携带多种pceA基因的 OHRB（Dehalobacter、Dehalococcoides 和其他多面手分类单元）之间的功能冗余维持了 PCE 至 DCE
CRediT 作者贡献声明
Yu, Shi-Tong：写作 – 初稿，验证，调查，形式分析，数据管理。Li, Zheng-Tao：写作 – 初稿，可视化，验证，方法论，调查，形式分析，数据管理。Zhao, He-Ping：写作 – 审阅与编辑，监督，资源，项目管理，资金获取，构思。Gao, Tian-Yu：写作 – 审阅与编辑，可视化，软件，方法论。
声明生成式人工智能和写作过程中的 AI 辅助技术
在准备本工作期间，作者使用 GPT-4o 改进了语言表达和逻辑连贯性。在使用该服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明不存在已知可能影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（资助号：32061133002，22325604）、国家重点研发计划（2022YFC3702403）、浙江省重点研发计划（资助号：2021C03171）以及中国教育部“基础学科和交叉学科突破计划”（JYB2025XDXM9090）的财政支持。我们还感谢国家重点
Zheng-Tao Li|Shi-Tong Yu|Tian-Yu Gao|He-Ping Zhao
