摘要:国际科技合作是促进科技进步和人类社会文明发展的重要举措，在环境保护和维护地球生态系统良好运行的目标下，最容易达成共识。中国国家自然科学基金委员会和欧盟委员会2018年和2019年分别发布了在环境生物技术领域合作的项目指南，共同支持环境生物修复技术和塑料降解微生物菌群相关领域的基础研究和成果转化。本专刊邀请了相关项目负责人介绍合作框架内项目的设计思想、主要内容以及获得的进展，并收录了在环境生物修复技术领域的基础研究和成果转化方面的论文23篇。

摘要:中欧合作项目“面向有机污染物消除的‘微生物、植物、电’多效耦合作用机制及低能耗型修复技术”是由中国国家自然科学基金委和欧盟共同资助的重大国际合作项目。该项目研究领域属于环境生物技术，研究团队包括5个中方单位和17个欧方单位，项目主要围绕新有机污染物的生物降解过程和机制、低能耗生物修复技术开展研究工作。项目执行2年来，在降解污染物的微生物资源、弱电介入增效生物降解和强化电子传递、微生物3D打印等方面取得了阶段性成果的同时，项目团队还开展了有效的交流和实质性合作。未来，项目团队将克服新冠疫情影响，强化中欧双方团队内部和团队之间的合作交流，全面实现项目科学目标，圆满完成国际合作任务。

摘要:中欧环境生物技术合作研究重大项目废弃塑料的生物降解由国家自然科学基金委员会 (National Natural Science Foundation of China，NSFC) 与欧盟委员会 (European Commission，EC) 共同资助，旨在促使中欧科学家在“Microorganism communities for plastics biodegradation”领域开展实质性合作研究。该项目的目标是将易造成环境污染且难以降解的石化塑料，利用微生物菌群的代谢能力降解为单体小分子并为微生物所用，从而进一步实现高值生物化学品的生物合成。这不仅可以解决塑料污染问题，同时也将塑料垃圾“变废为宝”，创造更高的经济效益。中欧合作研究项目将促进双方科学家在合成生物学领域的深入合作，有助于双方建立长期稳定的国际交流与合作关系。中欧双方将致力于解决全球塑料污染问题，形成科技战略力量，共同开启探索不可降解塑料资源化利用领域的新篇章。

摘要:随着全球塑料循环体系的变革升级，提高塑料的回收利用不仅可以减少塑料在生命周期中的碳排放，还可以解决废塑料潜在的生态环境危害。文中介绍了2019年国家自然科学基金组织间国际 (地区) 合作研究项目“废塑料资源高效生物降解转化的关键科学问题与技术 (MIXed plastics biodegradation and UPcycling using microbial communities，MIX-UP)”。该项目聚焦“塑料污染”这一全球化的问题，围绕中欧双方确定的“塑料生物降解菌群”研究领域，联合中欧双方14家优势科研单位，开展实质性的重大前沿合作研究。针对废塑料生物降解中存在的解聚与重塑两个难题，项目以难降解石油基塑料 (PP、PE、PUR、PET和PS) 以及生物可降解塑料 (PLA和PHA) 的混合废塑料作为研究对象，从塑料微生物降解途径解析及关键元件的挖掘与改造、塑料高效降解混菌/多酶体系的构建与功能调控、塑料降解物的高值化炼制途径设计与利用策略3个方面展开研究。本项目将突破废塑料生物降解转化中高效降解元件挖掘、塑料降解物高值化利用的关键科学问题与技术，探索一条废塑料资源化、高值化、循环化、低碳化的新塑料循环路线，建立以“降塑再造”为核心理念的废塑料生物炼制体系，丰富我国固废资源化生物技术利用平台。项目的实施不仅有助于提升我国塑料 (生物) 循环经济的理论基础和关键技术水平，还可以推动我国与国际科研院所的多边交流与合作，促进我国在生物技术领域的创新发展，助力我国碳中和目标的实现。

摘要:经过人工富集和驯化的兼性和严格厌氧微生物是厌氧消化工艺的核心。不同厌氧消化体系中存在的问题大多可以通过改变微生物群落的代谢活性来得到有效改善。得益于微生物组学检测技术的快速发展，对厌氧消化系统中微生物多样性的认识获得了极大的拓展，同时在微生物类群间、微生物与环境的互作关系研究方面也取得了一系列新的进展。然而，有机固废厌氧消化系统中，各种微生物以及微生物和物质的相互作用构成了更为复杂的代谢网络，所以目前对这些互作关系的解析尚不完善。本文重点关注了厌氧消化过程中的典型菌群互作关系，阐述了典型有机固废厌氧消化系统中存在的问题及微生物在其中发挥的作用，最后，立足于现有组学技术推动的微生物组研究进展，对未来有机固废厌氧消化系统微生物组的研究提出展望。

摘要:多环芳烃是一种常见的持久性有机污染物，因具有致癌、致突变等毒性而被广泛关注。其微生物降解过程通常由羟化起始，随后脱氢、开环、一步步去除支链，最终进入三羧酸循环。Rieske非血红素铁环羟化酶 (Rieske-type non-heme iron aromatic ring-hydroxylating oxygenases，RHOs，又称aromatic ring-hydroxylating dioxygenases) 或细胞色素P450氧化酶负责将羟基加成到多环芳烃环上，将疏水性的多环芳烃转化为亲水性的衍生物，这一过程是多环芳烃降解转化的起始步骤，也是关键步骤和限速步骤之一。文中主要介绍RHOs的分布、底物特异性、底物识别机制以及研究RHOs与多环芳烃的一些技术和方法等，并对RHOs在环境修复技术中的潜在应用进行了展望。

摘要:磺胺类抗生素 (Sulfonamides，SAs) 是一类被广泛应用于医疗和畜禽养殖的抗菌药物，但其在人和动物肠道中的可降解性较差，会通过人及畜禽粪便和尿液的排放进入污水处理系统。目前，污水处理厂中的好氧活性污泥 (Aerobic activated sludge，AAS) 被证实能够有效转化SAs。文中基于对国内外文献的调研，总结了好氧活性污泥体系中SAs生物降解的研究进展，对生物降解机理、主要的生物降解途径和影响降解效率的环境因素进行了梳理与回顾，并针对现有研究的不足提出展望，以期为优化污水处理厂中SAs的生物降解提供科学依据。

摘要:排放到环境中的各种农药、多环芳烃、卤代芳烃等有机污染物以及阻燃剂等新兴污染物，对环境污染、农产品质量和环境安全造成了沉重负担。因此，有效去除环境中的有机污染物已成为迫在眉睫的挑战。3D生物打印技术已经在医学材料、制药等行业中发挥着重要作用。现在，越来越多的微生物被确定适合通过3D生物打印生产具有复杂结构和功能的生物材料。微生物的3D生物打印越来越受到环境微生物学家和生物技术专家的关注。本文综述了用于污染物微生物去除的不同3D生物打印技术的原理和优缺点，及用于微生物生物修复技术的可行性，并指出了可能遇到的限制和挑战。

摘要:抗生素的广泛使用导致其在环境中普遍存在，所引发的抗性基因问题已对全球公共卫生构成重大威胁。土壤是环境中抗生素的重要汇，抗生素暴露会对土壤生物带来危害，甚至会间接对人体健康造成潜在风险，因此需采取有效手段修复抗生素污染的土壤。文中综述了抗生素对土壤植物表型生长指标、土壤动物生理特征及群落分布、微生物群落组成与功能的影响，以及抗生素抗性基因在土壤生物间的传播风险等；总结了利用耐受土壤植物、动物、微生物以及其互作关系修复抗生素污染土壤的潜力与前景，指出了已有土壤中抗生素环境风险和生物修复研究中尚存在的问题，展望了未来的研究方向。

摘要:脱氮是大部分污水处理系统中不可缺少的一环。由于具有经济高效、工艺简单和无二次污染等显著优势，生物脱氮工艺在最近数十年中备受关注。根据脱氮微生物的生理特性和脱氮机制不同，文中分类综述了近年来生物脱氮工艺的研究进展，重点对比分析了硝化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌以及以这些菌为基础的不同生物脱氮工艺的优缺点，为复杂污水环境的脱氮工艺选择提供参考。基于微生物脱氮机制，通过合成生物学技术开发高效脱氮菌株，结合不同工艺优点并应用自动化模拟最佳条件，从而建立经济高效的脱氮工艺将是未来发展的重要方向。

摘要:伴随着环境污染的日益严重，处理“白色污染”成为人们面临的一个棘手难题，而各种合成塑料因为应用广泛且很难降解成为其“主要元凶”。利用自然界存在的或者是进化产生的微生物可降解合成塑料是一种环境友好型的策略。以国家自然科学基金国际 (地区) 合作和交流 (中欧组织间合作研究NSFC-EU) 项目“合成塑料降解转化微生物菌群”为基础，总结近年来筛选到的能够降解合成塑料，如聚乙烯 (Polyethylene，PE)、聚丙烯 (Polypropylene，PP)、聚苯乙烯 (Polystyrene，PS)、聚氯乙烯 (Polyvinyl chloride，PVC)、聚氨酯 (Polyurethane，PUR)、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (Polyethylene terephthalate，PET) 的纯细菌、纯真菌及微生物菌群的研究状况，分析了各种微生物在石油基塑料降解中的作用，讨论了微生物及其降解酶对合成塑料降解研究的优缺点。

摘要:多环芳烃 (Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs) 是一类广泛分布于环境中的持久性污染物，结构稳定、难以降解，对生态环境和生物具有“三致”毒害性，其环境去除和修复备受关注。绿色、安全、经济的生物修复技术被广泛应用于PAHs污染土壤的修复。本文从土壤中PAHs的来源、迁移、归趋和污染水平总结了目前我国土壤多环芳烃污染的基本状况；归纳了具有PAHs降解作用的微生物、植物种类及机理；比较了微生物修复、植物修复和联合修复3类主要的生物修复技术。指出植物与微生物的互作机理的解析，抗逆菌株、植株的筛选与培育，实际应用的安全和效能评估应成为多环芳烃污染土壤修复领域未来的研究方向。

摘要:生物修复作为经济有效、绿色可持续的修复技术，在有机污染土壤和地下水修复上具有广阔的应用前景。基于Web of Science核心数据库，通过文献计量可视化应用软件VOSviewer和CiteSpace，分析了1990–2020年有机污染土壤和地下水生物修复领域的研究热点及趋势。结果表明，有机污染土壤和地下水生物修复领域的论文发表数量呈增长趋势，发文总量最多的国家是美国和中国，但是2012年后中国年发文量快速增加，并位居第一。该领域的相关研究主要发表在Chemosphere、Environmental Science & Technology、Science of the Total Environment等top期刊上。全球研究机构中中国科学院发文量最多，但是来自美国加州大学的总被引频次和h-index最高。发文量最多的是来自英国兰卡斯特大学的学者Semple教授，我国发文量最多的是来自中国科学院南京土壤研究所的骆永明研究员。下一步研究重点和热点：针对复合污染土壤和地下水，研发新型耦合强化生物修复技术，采用先进的分子生物学方法探索功能微生物及其功能基因，阐明生物降解机理，明确原位污染土壤和地下水的靶向性调控机制。

摘要:脱卤单胞菌Dehalogenimonas是绿弯菌门 (Chloroflexi) 脱卤球菌纲 (Dehalococcoidia) 的一个属。脱卤单胞菌属目前包含Dehalogenimonas lykanthroporepellens、Dehalogenimonas alkenigignens和Dehalogenimonas formicexedens这3个已正式命名的物种，其成员均为严格厌氧的专性有机卤呼吸细菌，利用氢气和甲酸作为电子供体，以氯代烷烃 (例如1,2,3-三氯丙烷、1,2-二氯丙烷和1,2-二氯乙烷) 作为电子受体，通过介导还原性脱氯反应获得能量进行生长。我国污染场地地下水中氯代烷烃等有机氯污染较为突出，脱卤单胞菌的产能方式使其在污染场地原位修复中具有重要的应用价值。新近发现的WBC-2菌株和“Candidatus Dehalogenimonas etheniformans” GP菌株可以脱氯降解某些氯代烯烃，其中GP菌株能够将一氯乙烯完全脱氯至乙烯，拓展了有限的一氯乙烯脱氯菌种资源，丰富了脱卤单胞菌的生态学功能。文中围绕脱卤单胞菌属的生理生化特性、生态功能及基因组信息进行综述，旨在为污染场地有机氯污染物的清理及工程实施提供理论指导。

摘要:1,2,3-三氯丙烷 (1,2,3-trichloropropane，1,2,3-TCP) 是一种人工合成的脂肪族氯代烃，在工、农业生产中得到广泛应用。1,2,3-TCP作为环氧氯丙烷工业生产的中间产物，可作为前体物质用于生产土壤熏蒸剂、有机溶剂等。因其环境持久性、迁移性和生态毒性，国内外机构逐渐开始关注该有机氯污染物的环境归趋、生态健康风险和环境管控。当前，1,2,3-TCP污染物的降解与场地修复仍然是研究热点，但是对于1,2,3-TCP降解转化机制尚缺乏深入研究与总结。鉴于此，文中在讨论1,2,3-TCP的来源、环境污染、生态效应及物理化学降解方法与技术等的基础上，进一步综述了1,2,3-TCP的微生物降解与修复机制 (如好氧共代谢降解、厌氧降解等)；重点讨论了地下水等厌氧环境中1,2,3-TCP的厌氧微生物降解转化途径与机制，并从热力学角度论证了厌氧条件下1,2,3-TCP作为电子受体被有机卤呼吸微生物利用并降解的可行性；最后，对1,2,3-TCP污染场地原位生物修复进行了总结并对未来研究发展方向进行了展望。

摘要:目前，我国历史遗留铬渣堆场多数采用湿法解毒工艺进行处理，但大量化学药剂的添加不仅增加了成本，引入了污染物，而且随时间的延长铬渣中的Cr(Ⅵ) 源源不断的返溶，场地出现返黄现象，形成二次污染。为了持久稳定的修复铬渣，研究人员提出用微生物修复技术处理湿法解毒后铬渣中Cr(Ⅵ) 的返溶。文中综述了国内外微生物修复铬渣污染场地的研究进展，首先简述了铬渣的危害、处理现状及传统的铬污染修复技术，并以湿法解毒铬污染为例，重点揭示了处理后铬渣中Cr(Ⅵ) 的返溶机理，由此可知湿法解毒后的二次污染不可避免。随后详述了微生物修复Cr(Ⅵ) 过程中生物还原、生物吸附和生物矿化三大作用机理，并阐述了铬污染场地修复过程中微生物物种的响应及群落结构的演替，最后，总结了微生物修复铬渣的研究进展并展望了未来的研究方向。

摘要:利用超积累植物进行重金属污染土壤修复是应对全球大面积分布无机污染问题的重要解决方法之一。超积累植物虽然具有超量积累重金属的能力，但其定植、生长和提取功能的发挥都受到重金属胁迫的显著影响。利用丛枝菌根真菌 (Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF) 强化超积累植物功能可联合发挥二者的功能优势，提升修复效率、缩短修复周期、保持修复效果的稳定性和长期性，在日益复杂、严峻的重金属污染治理领域具有重要的研究价值和广阔的应用前景。文中首先给出了超积累植物的概念、中国本土首次报道的典型重金属元素超积累植物和能与AMF形成共生体系的超积累植物名录，系统深入地探讨了AMF对超积累植物生长和吸收累积重金属的影响，以及超积累植物+AMF联合吸收积累重金属的效应与作用机制，认为AMF可通过调节根围理化与生物条件、元素平衡状况、生理代谢和基因表达等途径，增强超积累植物吸收积累重金属的效应，超积累植物+AMF构建的共生体系具备联合修复重金属污染生境的潜力。最后指出了超积累植物+AMF共生联合修复技术当前面临的关键问题、发展方向和应用前景。

摘要:微生物修复被认为是去除石油污染物和修复石油污染土壤的一种经济、高效且无二次污染的绿色清洁技术。受土壤环境条件和石油污染物性质等因素制约，土壤中土著石油降解微生物常存在数量不足、活性偏低、生长缓慢等问题，导致修复效果不佳、修复周期偏长。微生物强化修复技术可有效提高微生物降解效能，通过投加具有降解效能的功能菌株或菌剂、营养物质、表面活性剂、生长基质及固定化微生物等手段，可改善提升土著微生物对石油污染土壤的修复效果。文中梳理了已报道的石油降解微生物的种类，总结了微生物修复石油污染土壤的主要影响因素，阐述了微生物强化修复石油土壤的多种有效策略，提出了微生物强化修复石油污染的未来发展方向。

摘要:随着人民生活水平的提高，环境保护问题愈发受到人们重视。其中石油烃的土壤污染因其持续时间长、污染去除难度大而受到广泛关注。在各类修复技术中，原位微生物修复强化技术因其成本较低、环境影响小、无二次污染、可原位修复的特点成为了当前的技术热门。文中综述了生物投加法、生物刺激法、联合修复法等原位微生物修复技术，并介绍了一些典型工程案例，为原位微生物修复强化技术的选择及工程应用提供了参考，并对未来原位微生物修复强化技术的研究重点进行了展望。

摘要:微生物是介导环境中氯霉素降解转化的主要驱动者，但高效降解矿化菌株资源匮乏，氧化反应介导的代谢途径不清。为研究微生物介导下氯霉素的环境归趋过程，为氯霉素污染环境强化修复提供菌株资源，文中以受氯霉素污染的活性污泥为接种源，首先富集获得一个由红球菌Rhodococcus主导 (相对丰度>70%) 的氯霉素高效降解菌群，并从中分离获得一株能够高效降解氯霉素的菌株CAP-2，通过16S rRNA基因分析鉴定为红球菌Rhodococcus sp.。菌株CAP-2能在不同营养条件下高效降解氯霉素。基于菌株CAP-2对检测到的代谢产物对硝基苯甲酸和已报道的代谢产物对硝基苯甲醛和原儿茶酸的生物转化特征，提出其降解途径是由氯霉素侧链氧化断裂生成对硝基苯甲醛，进一步氧化为对硝基苯甲酸的新型氧化降解途径。该菌株对于氯霉素分解代谢的分子机制研究以及受氯霉素污染环境的原位生物修复应用具有巨大潜力。

摘要:水生植物及植物表面附着微生物在人工湿地水体净化过程中发挥着重要的作用。以北京奥林匹克公园龙形水系为研究对象，通过高通量测序技术，对其底泥、水体及3种沉水植物——苦草Vallisneria natans、狐尾藻Myriophyllum verticillatum、龙须眼子菜Potamogeton pectinatus——的根际及叶际微生物群落的结构及功能进行了研究。结果表明，微生物多样性从高到低分别为底泥样品、植物根际样品、植物叶际样品和水体样品，植物叶际微生物种类要显著高于水体中微生物种类。LEfSe分析结果显示不同生境富集不同的微生物类群，其中底泥主要富集厌氧微生物类群，水体及植物叶际主要富集好氧微生物类群，植物根际则两者兼具。功能预测结果显示植物叶际样品的反硝化标志基因丰度要高于根际样品及底泥和水体样品，且狐尾藻和龙须眼子菜叶际样品反硝化标志基因丰度要高于苦草叶际样品。本研究可以为人工湿地构建时对沉水植物及功能微生物的选择提供指导意义。

摘要:利用微生物对聚氨酯 (Polyurethane，PUR) 类污染物进行生物降解是目前的研究热点之一。寻找能高效降解聚氨酯的微生物是该类研究的重要前提。文中从塑料垃圾填埋场中分离培养了1株PUR高效降解菌株P10。基于菌落形态观察和16S rDNA系统发育分析，鉴定其为短芽孢杆菌属Brevibacillus的细菌。通过PUR的模式底物水性聚氨酯 (Impranil DLN) 比浊法，确定了该菌株能在6 d内降解71.4%的Impranil DLN。此外，菌株P10能够利用商业聚氨酯海绵作为唯一碳源进行生长；通过降解条件的优化，在5% (V/V) LB作为额外碳源的辅助下实现了6 d内对50 mg PUR泡沫的降解。以上结果表明Brevibacillus sp. P10在聚氨酯废弃物的生物降解过程中具有一定的应用潜力。

摘要:生物反硝化是目前废水深度处理中应用最为广泛的硝酸盐氮处理技术，但该方法一般停留时间较长，在冬季因低温处理效果欠佳，因此有必要开发反硝化强化技术。以施氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri为研究对象，考察了不同投加量下Fe3O4对P. stutzeri反硝化过程的影响。结果显示当Fe3O4投加量由0 mg/L增至4 000 mg/L时，硝酸盐氮最大比降解速率由18.0 h–1增加至23.7 h–1，体系中的总蛋白含量以及细菌体内的铁含量显著增加。RT-qPCR和非标记 (Label-free) 定量蛋白组学分析表明，投加4 000 mg/L Fe3O4体系中的P. stutzeri，其反硝化功能基因napA、narJ、nirB、norR、nosZ表达量分别提高了55.7%、24.9%、24.5%、36.5%、120%，对应反硝化还原酶Nap、Nar、Nir、Nor、Nos表达量提高了85.0%、147%、16.5%、47.1%、95.9%。对比体系中“游离细菌”和“Fe3O4粘附细菌”，发现二者的反硝化功能基因以及反硝化相关酶没有显著差别；而Fe3O4粘附细菌电子传递相关蛋白表达量有所提高，说明了Fe3O4通过与细菌直接接触促进其生长代谢，导致体系中细菌总量的增加，从而提高反硝化速率。该结果可为反硝化强化技术的开发提供理论支撑。

摘要:多环芳烃是一类普遍的环境污染物，因其潜在的环境暴露和对人类健康的危害而备受关注。从石化品污染土壤样品中分离到一株以菲为唯一碳源和能源的中温菌 (15–37 ℃，最佳30 ℃) 菌株CFP312。经菌落和菌体形态观察、生理生化测试和16S rRNA同源性分析鉴定属于莫拉氏菌Moraxella sp.。这是Moraxella属中多环芳烃降解菌种的首次报道。研究表明，当菲浓度为400 mg/L时，在48 h和60 h时，菲的去除率分别为84%和90%，降解速率达到1.21、1.29 mg/(L·h)。在菲的降解过程中，检测到3,4-二氢-3,4-二羟基菲为中间产物。据此推断降解菌通过在菲的3,4位进行双加氧完成其生物降解的第一个关键步骤。在水-有机溶剂两相分配体系、胶束水溶液体系和浊点体系中检测了降解菌对不同的菲强化降解体系的适应性。结果表明，降解菌对不同降解体系都表现出了良好的适应性。另外，降解菌可在泥浆-水体系中快速降解污染土壤中的多环芳烃菲，表明其在环境修复方面具有很大的应用潜力。

摘要:

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