厌氧微生物修复多氯联苯污染

为更好地定量描述微生物群落，沉积物柱Core 18M 未受扰动的下半部分样品的 Bacteria（BAC）、Chloroflexi（CHL，Chloroflexi 门中的脱氯菌）、Dehalococcoides（DHC）和o-17/DF-1 的16S rRNA 基因水平以拷贝数每克沉积物干重为标准显示于图2.7 中。如图可见，可能的脱氯菌在所研究的沉积物柱各样品中均有检出。Core 18M 的145～155 cm 段孔隙率在全段中最低（图2.1B），其细菌种群也是相对最小的。沉积物中Chloroflexi 16S rRNA 基因的含量在1.7×107±2.1×106到2.9×108±4.3×107之间。表层沉积物中Chloroflexi 16S rRNA 基因的含量为2.1×108±2.6×107，这个数字和此前同一条河流其他采样点研究获得的3.0×108±4.0×107非常相近［86］。但是Chloroflexi 16S rRNA 基因随深度的变化趋势并不明显，与多氯联苯总浓度、TOC 等也没有显著的相关性。

图2.7 Core 18M 中细菌群落的定量分析

（A）Bacteria；（B）Chlorofelxi；（C）Dehalococcoides；（D）o-17/DF-1

Dehalococcoides 16S rRNA 基因在Core 18M 中的变化与多氯联苯的摩尔脱氯产物比（Molar Dechlorination Product Ratio，MDPR）变化趋势完全一致（图2.8A），也就是说高MDPR 的沉积物段（深度脱氯段）中Dehalococcoides 16S rRNA 基因的含量比低MDPR 的沉积物段中的Dehalococcoides 16S rRNA 基因的含量要高。例如100～105 cm 段的MDPR 值很高，与底部的210～215 cm段相比，其含有2.5 倍的Dehalococcoides（4.7×106±2.1×105），但较少的o-17/DF-1（3.1×106±1.2×105）和Chloroflexi（2.1×107±2.6×106），210～215 cm 段这三种基因的含量依次为1.9×106±1.1×105，4.8×106±1.6×105，1.4×108±2.7×107。如排除异常段150～155 cm（该段沉积物的多氯联苯含量比其上下相邻段均有大幅度增加），MDPRs 和对数归一化的Dehalococcoides 16S rRNA 基因水平（log DHC）之间存在显著的相关（r=0.595，p=0.041）。如果只关注高孔隙率的沉积物段（除145～155 cm的各段），上述的MDPRs 和log DHC 的相关性更强（r=0.861，p=0.001）。MDPRs 和o-17/DF-1 16S rRNA 基因水平之间也有一定的相关性（r=0.82，p=0.046），但仅仅在160 cm 以下的沉积物段中才存在。MDPRs 和脱氯相关细菌之间的相关性意味着这些细菌可能直接影响该沉积物柱的脱氯程度。(www.xing528.com)

Bacteria 16S rRNA 基因水平大约比Chloroflexi 基因高出2 个数量级，Chloroflexi 16S rRNA 基因比Dehalococcoides 16S rRNA 基因（沉积物柱各段在2.3×104±1.5×103到4.7×106±2.1×105之间，表层沉积物为7.5×106±1.4×105）和o-17/DF-1 16S rRNA 基因（沉积物柱各段在6.9×104±5.0×103到9.6×106±5.6×105之间，表层沉积物为1.1×107±8.3×105）都高出1～2 个数量级。也就是说，Dehalococcoides 和o-17/DF-1 均不是Chloroflexi 群落中的优势菌。这个结果和上述基因克隆文库的结果保持一致，即发现的Chloroflexi克隆子与Dehalococcoides 和o-17/DF-1 均非密切相关。Kjellerup 等［86］曾在格拉斯河表层沉积物中发现过Dehalococcoides 相关微生物，但是没有检测到o-17/DF-1。我们的研究则显示在格拉斯河的典型沉积物柱中Dehalococcoides和o-17/DF-1 均存在，且在大部分沉积物段中o-17/DF-1 较Dehalococcoides更多。研究结果的差异可能是由于多氯联苯含量的不同（我们研究的沉积物柱中的多氯联苯要远远高出Kjellerup 等研究使用的沉积物），各采样地点的微生物种群不同，甚至可能是由于沉积物柱中的多氯联苯含邻位取代氯更高，选择性地富集了o-17/DF-1。

在下半部未受干扰的沉积物柱中，Dehalococcoides 和多氯联苯总量、TOC均存在正相关，o-17/DF-1 和TOC 也存在正相关，这也说明脱氯细菌的富集和可利用的底物量有关。

我们评估了各组细菌的16S rRNA 基因水平的对数值和地球化学性质之间的相关性，发现Bacteria、Chloroflexi、Dehalococcoides 和o-17/DF-1 相互之间均存在显著的正相关（p≤0.001），意味着不同细菌种群之间存在相互作用，且共生菌可能在脱氯代谢中起到重要作用。在未受扰动的高孔隙率的沉积物段中（即除145～155 cm 的段），Cl-分别和o-17/DF-1（r=0.586，p=0.028）、Chloroflexi（r=0.647，p=0.012）显著正相关，但是和多氯联苯总量不相关。Br-则和Dehalococcoides（r=0.559，p=0.038）正相关。这些和卤离子之间存在的相关性部分支持了有机氯和有机溴可以在自然界中自发进行有机卤呼吸［123］。进而，也说明了沉积物地球化学性质和细菌群落之间存在极其复杂的相互作用。