厌氧微生物修复多氯联苯污染：国际应用展望

脱氯微生物的存在是多氯联苯厌氧脱氯的前提。由于自然界中原本具有天然的有机氯化合物，在长期的自然选择压力下一些微生物如Dehalococcoides，Desulfitobacterium 和部分δ 变形菌亚门（δ-proteobacteria）、ε 变形菌亚门（ε-proteobacteria）中的细菌可以利用这些有机氯化合物作为终端电子受体、碳源和（或）能量源进行生长代谢［40，61，62］。科学家普遍认为多氯联苯在地球上生产使用的时间仅一百年，这么短的时间难以进化出全新的降解微生物。20世纪90年代Rhee 等［63］发现未受多氯联苯污染的底泥中的微生物同样具备多氯联苯脱氯能力，并率先提出环境中存在具有普适性的脱氯微生物/脱氯酶的假设。该假设得到Assafanid 等［64］的支持，他们发现一些过渡金属辅酶如维生素B12 对多种有机氯化物有脱氯功能。即便不能产生全新的脱氯微生物，多氯联苯的存在仍可以诱导新的多氯联苯单体特异脱氯酶的合成［31，60，65］。研究发现，很可能是由于地球化学条件不同，各地的脱氯微生物群落差异很大［31，38，63］。因而，脱氯被认为是一系列多氯联苯单体特异和非特异脱氯微生物共同作用的结果［31，55，66］。

脱氯微生物在总微生物群落中占的比例通常极低（＜1%），鉴别和分离的难度较大［67］。近十几年来，非培养微生物基因指纹图谱技术和克隆技术的应用有效地解决了鉴别难的问题。首个鉴别出的多氯联苯脱氯菌被命名为ortho-17（o-17），它能够脱去PCB 65（2356-CB）上的邻位氯原子［51，68］。一年后，第二种多氯联苯脱氯菌Dehalobium chlorocoercia strain DF-1 被发现可以催化脱去PCB 61（2345-CB）上有双侧氯取代的氯原子［34，69］。到2008年，DF-1 被成功分离但必须有硫还原菌Desulfovibrio spp.作为共生菌存在［70］。Dehalococcoides Dehalococcoides mccartyi strain 195（曾用名Dehalococcoides ethenogenes strain 195）也是一种被成功分离的多氯联苯脱氯菌菌株，其作用和Dehalobium chlorocoercia strain DF-1 类似，可以脱去有双侧氯取代的间位或对位氯原子［61］。除了以上3 种多氯联苯单体特异性强的脱氯菌外，随后又发现一种可以作用于商业产品Aroclor 1248 和Aroclor 1260 中43 个多氯联苯单体分子的脱氯菌Dehalococcoides mccartyi strain CBDB1（曾用名Dehalococcoides sp.strain CBDB1），其脱氯历程基本符合历程H 的特征，说明单一脱氯菌也可能含有多种不同的脱氯酶［66］。此外在对美国巴尔的摩港沉积物微环境的研究中还同时发现了3 种脱氯系统型微生物DEH10、SF1 和SF2，其中DEH10 和Dehaloccoides mccartyi 高度相似，SF1 和o-17/DF-1 相似，SF2 则和o-17 完全一致［39］。这3 种系统型微生物可以实现对Aroclor 1260 广泛脱氯，DEH10 作用于有侧位氯取代的间位氯原子，SF1 作用于双侧氯取代或有邻位氯取代的间位氯原子，SF2 作用于双侧氯取代的间位氯原子和邻位氯原子［39］。近五年来，科学家又发现了4 个新的脱氯菌株。它们是Dehalococcoides mccartyi strain CG-1，CG-4，CG-5 和JNA［71-73］。CG-1 可以脱去有双侧氯取代的间位氯原子；CG-4 优先脱有侧位氯取代的对位氯原子，其次是有侧位氯取代的间位氯原子；CG-5 则广泛作用于有侧位氯取代的间位和对位氯原子；JNA 则被发现其作用是脱去Aroclor 1260 上有侧位氯取代的间位氯原子，完全符合脱氯历程N 的特征，这也是首次发现一个纯菌可以独立完成环境中特定的脱氯历程。(www.xing528.com)

由进化树分析发现，上述脱氯菌均属于绿弯菌门并在其中位于两个不同的组：组三包含了o-17/DF-1，组二包含了Dehalococcoides mccartyi 各菌株［45］。再把Dehalococcoides mccartyi 所在的组根据其16S rRNA 基因V2 和V6 区的差异细分，得到Cornell、Victoria 和Pinellas 三个亚组［74］。上文提到的菌株195和CBDB1 被分别划分到Cornell 亚组和Pinellas 亚组中。也就是说，16S rRNA基因的差异有可能是脱氯菌脱氯行为各不相同最本质的原因。然而，大量研究也发现，Dehalococcoides 属细菌的16S rRNA 基因相似度非常高（＞98%），很难用16S rRNA 基因序列的差异来全面解释众多氯代有机物多种多样的脱氯行为，因而，科学家开始关注还原脱卤酶（Reductive dehalogenase，RDH）［75-77］。