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卤代烃是一大类含有碳-卤键的有机物，因其碳-卤键的特殊功能（如防晒、阻燃、制冷等）而被大量生产和使用。然而，大多数卤代烃具有较强的环境持久性和生物毒性，从上个世纪60年代起，其引发的严重环境和健康问题层出不穷。
学者们已提出诸多物理、化学、生物方法实现卤代烃的去除。在众多去除方法中，微生物还原脱卤具有很大的潜力。主要原因有：（1）脱卤菌能触及土壤、沉积物、地下水等厌氧或兼性厌氧介质中的卤代烃并将其高效地转化为低毒或无毒产物（图1）；（2）脱卤菌底物范围广，能去除高低卤代和不同类别卤代烃；（3）微生物还原脱卤修复成本低，无二次污染，不改变修复场地的原生结构和功能。因此，开展微生物还原脱卤工作，将有助于解决环境领域的前沿难点和热点问题，为新污染物治理提供切实可行的解决方案。 过去40年，在还原脱卤菌富集分离与生化特征、脱卤路径与底物选择性、脱卤酶基因解析与异源表达等方面取得了诸多研究进展。这些研究为深入认识脱卤菌、还原脱卤生化过程、还原脱卤修复、卤代烃生物地球化学循环提供了新的见解和思路。然而，该领域还存在诸多问题尚未解决。基于此，我们开展了相关探索研究，回答了如下三个问题： [backcolor=rgba(255, 186, 0, 0.04)]脱卤菌将同一卤代烃转化 [backcolor=rgba(255, 186, 0, 0.04)]为不同产物的机理 [backcolor=rgba(255, 186, 0, 0.04)]大量研究显示：不同脱卤菌对同一卤代烃的转化路径不同。人们常用不同脱卤菌含有不同脱卤酶来定性地解释这一现象。为揭示其背后的原因，我们以典型脱卤菌Dehalococcoides 和Dehalobacter为研究对象，选用15个氯代苯胺为底物，结合实验室实验和量子化学计算，建立底物电子密度与微生物还原脱卤之间的内在关联，提出脱卤菌通过不同电子转移机理实现还原脱卤（图2）：在Dehalococcoides还原脱卤过程中，电子从超还原性维生素B12直接传递给电子密度低的卤取代基，引发脱卤；而在Dehalobacter还原脱卤过程中，电子从超还原性维生素B12传递给电子密度低、卤取代基侧位的H，通过电子去局域化（delocalization），引发H侧位的卤取代基脱卤（Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 3714–3724）。这项工作不仅揭示了同一卤代烃被不同脱卤菌转化为不同产物的机理，且可用来预测卤代烃微生物还原脱卤活性、路径和特征（如二噁英微生物还原脱氯，J. Hazard. Mat. 2022. 127673）。 [backcolor=rgba(255, 186, 0, 0.04)]虽然生化实验已证实脱卤菌利用超还原性维生素B12还原卤态烃，但卤代烃与脱卤辅酶因子的相互作用模式尚不清楚。基于此，我们运用二阶微扰理论、分子轨道理论开展量子化学计算，结合5类92个芳香烃的还原脱卤实验数据，阐明了芳香烃与还原脱卤辅酶因子的相互作用模式（图3）：在Dehalococcoides微生物还原脱卤过程中，底物卤代烃与脱卤辅酶因子在C-X键（X = 卤素）轴线方向上通过Co+--X相互作用，电子直接从超还原性维生素B12的3dz2轨道传递给卤代烃C-X反键轨道，引发脱卤。同时，提出基于轨道能量和相互作用强度预测微生物还原脱卤活性和立体选择性新方法。这项工作进一步验证了Dehalococcoides还原脱卤过程中Co+--X电子转移机理（Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 1834-1843）。 [backcolor=rgba(255, 186, 0, 0.04)]
[backcolor=rgba(255, 186, 0, 0.04)] [backcolor=rgba(255, 186, 0, 0.04)]提取码：2cy2
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