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本研究从中国南方某退役铀尾矿库的铀污染地下沉积物中筛选出了一株兼性厌氧菌Bacillus sp.X02。在实验室构建的厌氧微模型环境中开展微生物还原U(Ⅵ)实验,进行不同培养条件下X02对水体中U(Ⅵ)的还原效果研究,采用SEM-EDS、XPS、FTIR和XRD等对溶液中U(Ⅵ)的还原产物进行表征;采用拉曼光谱对U(Ⅵ)还原过程中X02体内细胞色素c的氧化还原状态进行监测;采用电化学技术模拟微生物还原U(Ⅵ)的过程,探究U(Ⅵ)还原过程中的氧化还原特性,构建X02—U(Ⅵ)双室研究体系表征微生物还原U(Ⅵ)的电子传递过程;使用蛋白质组学技术探究X02还原U(Ⅵ)过程的电子传递信号通路。结果表明当X02接种量为4%(OD600=2.0),葡萄糖作为电子供体,U(Ⅵ)浓度100 mg/L时,溶液中U(Ⅵ)的去除率达到93.32%,此时U(Ⅵ)的还原率为62.43%;使用电子传递抑制剂N3Na处理后,U(Ⅵ)的还原率降低25.37%,表明U(Ⅵ)的还原与微生物体内的电子传递有关;拉曼光谱结果显示细胞色素c作为电子介体介导了 X02还原U(Ⅵ)过程中的电子传递过程;X02还原U(Ⅵ)后产生沉淀中既含有U(Ⅵ),又含有U(Ⅳ),其主要矿物组成为难溶的水斑铀矿物((U2(UO2)4O6(OH)4(H2O)4)(H2O)5)和水合氧化铀酰钙矿物(Ca1.5(OH)[(UO2)6O4(OH)6]·7H2O);双室研究体系表征了 U(Ⅵ)的还原过程,外电路电流明显增大表明阴极室溶液中的U(Ⅵ)能够直接接受阳极室微生物传递的电子从而被还原,电化学技术模拟微生物对U(VⅥ的还原结果表明,在电解液pH值为4.0时,铀以U(Ⅵ)→U(Ⅴ)→U(Ⅳ)的过程进行还原;iTRAQ蛋白组测序技术研究发现,还原过程中微生物的总差异表达蛋白数目为229,其中显著上调和下调表达的蛋白数目分别是90和139,这些差异蛋白主要富集到GO功能分类中细胞组分、生物过程中的调节、代谢过程和分子功能中的电子载体、酶调节和转运活性;KEGGPathway分析显示,电子在X02体内主要通过氧化磷酸化信号通路进行传递,而蛋白表达差异分析表明,在铀胁迫下,X02的氧化磷酸化信号通路中的9个蛋白表达受到抑制,细胞色素c和ATP合成酶活性降低。总之,本研究筛选出了一株具有U(Ⅵ)还原能力的兼性厌氧菌Bacillus sp.X02,其在厌氧条件下以葡萄糖作为电子供体,经糖酵解(或三羧酸循环)产生NADH(或FAD),被复合体Ⅰ(或复合体Ⅱ)氧化产生电子,电子经泛醌(辅酶-Q)传递至复合体Ⅲ,再由细胞色素c介导传递至复合体Ⅳ,最后传递至溶液中的U(Ⅵ),生成难溶的水斑铀矿和水合氧化铀酰钙矿物。铀胁迫可抑制Bacillus sp.X02对U(Ⅵ)的还原。