溴酸盐是含溴化物的水在进行臭氧消毒过程中形成的副产物,国际癌症研究机构（IARC）将其列为潜在的致癌物。溴酸盐的去除方法包括物理法、化学法和生物法。其中生物法通过微生物自身代谢作用在以有机物等作为电子供体条件下将溴酸盐还原为无毒的溴离子。该方法具有低能耗、无二次污染等优点,应用前景广阔。然而,在微生物还原溴酸盐的研究中,溴酸盐还原功能菌群的多样性尚不明确,溴酸盐还原功能基因和代谢机理尚未明晰,溴酸盐还原效率与功能基因的表达和调控间的关系仍有待研究,这些因素制约了生物法去除溴酸盐技术的发展和应用。本研究从水质净化厂的活性污泥中富集并分离高效溴酸盐还原菌,探究不同碳源对菌群多样性和溴酸盐还原效率的影响,并利用基于高通量测序技术的16S rRNA扩增子分析和宏基因组学方法揭示潜在的溴酸盐还原关键基因和代谢路径。本研究采集了深圳市南山和福田水质净化厂的活性污泥样品作为种泥,分别使用无机碳源（碳酸氢钠）和有机碳源（乙酸盐、葡萄糖和乳酸盐）作为电子供体,以溴酸盐为电子受体,在厌氧生物反应器中富集溴酸盐还原菌群。其中,以无机碳源作为电子供体时,来自福田水质净化厂的活性污泥样品对溴酸盐的还原效率明显高于南山水质净化厂的活性污泥样品。在8 h溴酸盐还原动力学实验中,从南山水质净化厂活性污泥富集的菌群对溴酸盐的还原效率为10.4%,从福田水质净化厂活性污泥富集的菌群对溴酸盐的还原效率为69.9%。宏基因组测序结果显示从不同种泥富集的菌群在结构上存在较大差异,其中,Tetrasphaera、Pseudomonas和Stenotrophomonas属是参与溴酸盐还原的优势种群。基因组代谢通路分析结果表明,属于Steroidobacteraceae、Chitinophagaceae以及Sphingomonadaceae科的细菌基因组具有碳固定关键基因,是潜在的自养型细菌,在利用无机碳源进行溴酸盐还原过程中起关键作用。在以有机碳源为电子供体富集得到的溴酸盐还原菌群中,16S rRNA扩增子测序结果显示,由不同的电子供体富集得到的优势菌群表现出很大的差异。经过44 d的富集后,Enterobacteriaceae在以葡萄糖为电子供体的反应器中成为优势菌群,而在以乙酸盐和乳酸盐为电子供体的生物反应器中,Campylobacteraceae和Rhodocyclaceae分别占主导地位。从以葡萄糖和乳酸盐为电子供体的反应器中,分离出属于Enterobacteriaceae的两株纯菌Glu3和Lac1,16S rRNA基因和全基因组序列相似性比对结果表明,菌株Glu3和Lac1分别属于Klebsiella variicola和Raoultella electrica。在0.04 mmol/L的溴酸盐胁迫条件下,使用葡萄糖作为碳源时,菌株Glu3和Lac1的溴酸盐还原率分别为84.7%和44.9%;使用乳酸钠作为碳源时,菌株Glu3和Lac1的溴酸盐还原率分别为14.1%和27.7%。利用Illumina二代高通量测序和牛津纳米孔三代测序技术相结合的方法,得到菌株Glu3和Lac1的完整基因组。基因组注释结果表明,菌株Glu3和Lac1均可通过糖酵解途径利用葡萄糖,也可以通过发酵将乙酸转化为乙醇。此外,菌株Glu3和Lac1的基因组中存在乙醇脱氢酶（EC1.1.1.1）和乙醛脱氢酶（EC1.2.1-）的编码基因,具有代谢乙醇这一有机碳源的潜能。然而,乳酸盐代谢的关键酶（EC1.1.1.27）在菌株Lac1的基因组中不存在,但在菌株Glu3的基因组中存在。该结果与两株菌在不同碳源中的溴酸盐还原效率表型相一致。菌株Glu3的基因组中存在代谢葡萄糖、乙酸盐、乳酸盐和乙醇等多种有机碳源的关键功能基因,表明它具有利用多种碳源的潜能,具有很强的环境适应性。在Glu3和Lac1的基因组中均发现了属于二甲基亚砜（DMSO）还原酶家族的基因,包括硝酸盐还原酶基因narG、厌氧二甲亚砜还原酶基因dmsA和硒酸盐还原酶基因ynfE,这些基因很可能是潜在的溴酸盐还原关键基因。本研究深入揭示了溴酸盐还原菌的生物多样性,为进一步探究和验证溴酸盐的微生物代谢路径提供了菌株和基因组信息,也为生物法还原溴酸盐的实际应用和推广奠定了理论基础。