大量人为及自然产生的氯代有机物被源源不断地释放到坏境中，这些化合物大部分都是有毒的，并且在坏境中不断蓄积，它们的广泛分布对人类公共健康和环境产生了潜在威胁。许多有机氯代物都能对抗好氧微生物的降解代谢，主要是由于氯位取代阻止了氧化酶的攻击。幸运的是还原脱氯微生物在厌氧环境下，通过还原脱氯的方式来降解氯代污染物，厌氧的环境主要包括厌氧的土壤、地下水以及沉积的淤泥等，而由还原脱氯产生能量耦连代谢生长的过程称为“脱氯呼吸”。根据微生物富集、碳同位素分离以及分子生物学的研究，已经发现还原脱氯微生物在自然界中广泛分布，暗示它们在生物修复和全球氯循环方面起着重要的作用。在国际上，研究含氯有机物在环境中的归宿及生物降解已成为近年来微生物生态学及环境科学的重要方向。中国人口众多，自然资源有限，环境生态问题尤为突出，环境质量和人们的生存及可持续发展密切相关，因此，加强这些方面的研究已显得刻不容缓。生物固氮是在共生、联合或自生固氮微生物的作用下，将空气中的氮气直接还原成氨的过程，对生态平衡的维系、全球农业以及全局性的氮循环方面影响重大。尽管在真核生物中没有发现固氮现象，但已经发现的固氮微生物广泛存在于细菌和古细菌中，揭示了固氮微生物的生物多样性。这种重要的生理学特征在还原脱氯微生物中还尚未发现，根据三种还原脱氯细菌全基因组测序的结果，在D.hafniense strain Y51和Dehalococcoides strain 195中都发现了固氮相关的基因，而在Dehalococcoides strain CBDB1基因组中没有发现固氮相关基因，本课题的研究任务就是找到还原脱氯微生物进行生物固氮的依据。在厌氧脱氯微生物的作用下，有机氯代化合物可通过还原脱氯反应，转化成无毒或低毒产物，还原脱氯细菌生态、生理以及遗传学的重要进展揭示了它们在生物修复和全球的氯循环方面起着极其重要的坏境学意义。目前通过富集、分离以及纯化等手段已经获得了多种能进行纯培养的还原脱氯微生物，而对这些还原脱氯微生物进行生物固氮的研究不仅有助于阐明其生理、生化特性，揭示其在进化上的意义，而且有助于调节还原脱氯微生物治理污染坏境中的功能。我们首次利用已分离纯化的多种具有代表性的还原脱氯微生物为研究材料，在生理水平和分子水平来研究它们固氮活性，并通过对其在不同生长环境下固氮活性的检测以及固氮基因表达的定性定量研究，阐明还原脱氯反应与固氮是否具有相关性，进而理解还原脱氯微生物的进化原理和固氮基因的来源。在我们的研究中，首次从生理学和分子生物学水平揭示了还原脱氯微生物进行固氮功能的依据，并发现3-氯苯甲酸还原脱氯细菌（Desulfomonile tiedjei DCB-1）和2-氯苯酚还原脱氯细菌（Desulfovibrio dechloracetivorans SF₃）在特定电子供体存在的情况下，固氮与还原脱氯之间呈现正相关，即固氮生长促进还原脱氯反应。同时在Desulfovibrio dechloracetivorans SF₃基因组中克隆到两种nifH基因同源体，这两种nifH基因在不同的生长代谢方式下呈现表达差异。这些现象的发现为我们理解微生物在重要遗传特性的协同进化和功能行使方面提供重要帮助，并为环境污染的原位修复治理开辟更广泛、更高效的途径。为深入探讨还原脱氯微生物的固氮分子机制和解释上述重要的发现，根据固氮代谢基因在基因组上呈簇分布的特征，我们构建了还原脱氯微生物基因组人工染色体文库（Bacterial artificial chromosome library），从该文库中筛选包含固氮酶基因簇（nif gene cluster）的克隆并测序，从序列水平剖析参与生物固氮过程中的功能基因和调节基因，从而为揭示还原脱氯微生物生物固氮的机理和调控机制提供可能。