芘污染脅迫根際響應(yīng)機(jī)制及其在根際微域中的降解.pdf

1、多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是環(huán)境中普遍存在的具有代表性的一類重要持久性有機(jī)污染物，具“三致性”、難降解性，在土壤環(huán)境中不斷積累，嚴(yán)重危害著土壤的生產(chǎn)和生態(tài)功能、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人類健康。防治和修復(fù)土壤多環(huán)芳烴污染、保護(hù)土壤環(huán)境安全、以實(shí)現(xiàn)土壤資源的可持續(xù)利用是當(dāng)前全球關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。根際修復(fù)是利用植物-微生物和根際環(huán)境降解有機(jī)污染物的復(fù)合生物修復(fù)技術(shù)，是目前最具潛力的土壤生物修復(fù)技

2、術(shù)之一。研究植物修復(fù)多環(huán)芳烴的根際響應(yīng)機(jī)制及其在根際微域中的降解作用機(jī)理，將為針對(duì)性地?cái)M定經(jīng)濟(jì)高效的土壤多環(huán)芳烴污染防治和修復(fù)的實(shí)用技術(shù)提供基礎(chǔ)依據(jù)。 論文以芘為代表性的多環(huán)芳烴，從根際微生物、根系形態(tài)和根系分泌物角度開展玉米修復(fù)芘污染的根際響應(yīng)機(jī)制研究；用多隔層根箱和FAME技術(shù)開展離根表面不同距離根際微域中的芘降解效應(yīng)研究。主要研究結(jié)果如下： (1)玉米能夠顯著地促進(jìn)土壤中芘的降解。玉米吸收和積累并不是植物促進(jìn)芘

3、去除的主要原因，種植玉米可以通過根際效應(yīng)增加土壤微生物生物量碳、提高微生物活性、改變微生物群落結(jié)構(gòu)來促進(jìn)土壤微生物對(duì)芘的降解。各處理根際土壤微生物量碳、微生物熵均高于非根際土壤，代謝熵低于非根際土壤，且其差異隨著芘處理濃度的增大而增大。芘各濃度處理根際土壤多酚氧化酶活性、脫氫酶活性、過氧化氫酶活性、蔗糖酶活性、脲酶活性和磷酸酶活性均大于非根際土壤，且隨著處理濃度的增大差異基本上呈現(xiàn)增大的趨勢。土壤可提取態(tài)芘含量與土壤微生物量碳、微生物熵

4、、多酚氧化酶活性、脫氫酶活性和磷酸酶活性顯著負(fù)相關(guān)，與微生物代謝熵顯著正相關(guān)。FAME分析結(jié)果表明，與非根際土壤相比，芘污染玉米修復(fù)的根際土微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化，主要表現(xiàn)在：微生物生物量特征脂肪酸含量、細(xì)菌特征脂肪酸含量、真菌特征脂肪酸含量、叢枝菌根真菌特征脂肪酸含量高于非根際土壤根際土壤，且其差異隨著芘處理濃度的提高而增大。試驗(yàn)期間根際土芘降解高于非根際土，土壤微生物生物量碳、微生物熵、多酚氧化酶和脫氫酶活性根際土均高于非根

5、際土，代謝熵低于非根際土。FAME分析結(jié)果表明，與非根際土壤相比，芘污染玉米修復(fù)的根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化，主要表現(xiàn)在根際和非根際土壤微生物生物量脂肪酸含量、真菌特征脂肪酸含量、叢枝菌根真菌特征脂肪酸和GN-菌特征脂肪酸含量的差異隨著培養(yǎng)時(shí)間的推移逐漸增大，且這種效應(yīng)隨著培養(yǎng)時(shí)間的推移差異顯著。 　　(2)芘處理下玉米根系形念學(xué)參數(shù)發(fā)塵了顯著的變化，主要表現(xiàn)在隨芘處理濃度的提高根直徑顯著降低，根長、表面積和根體積顯著增

6、大。芘脅迫下促進(jìn)了根系分泌更多的總有機(jī)碳、可溶性糖、乙酸、草酸、酒石酸、檸檬酸和氨基酸；在試驗(yàn)設(shè)計(jì)濃度范圍內(nèi)，根系分泌物中總有機(jī)碳、可溶性糖、乙酸、草酸和氨基酸含量隨芘處理濃度的增大先增加后降低，根系分泌物中酒石酸和檸檬酸含量隨芘處理濃度的增大而顯著增加。芘處理對(duì)根分泌氨基酸種類的影響不大，而對(duì)各氨基酸分泌量的變化幅度影響較大，芘脅迫處理對(duì)于18種常見氨基酸組分的分泌量的影響各不相同，比較紊亂。天門冬氨酸、絲氨酸、丙氨酸的分泌量隨著芘處

7、理濃度的增大而增加，蘇氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、胱氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、γ-氨基丁酸和鳥氨酸的分泌量隨著芘處理濃度的增大呈先增加后降低的變化趨勢。 (3)采用多隔層根箱，通過尼龍撩網(wǎng)插片的控制，實(shí)現(xiàn)根室土(S0)、離根室0～2mm(S1)、2～4mm(S2)、4～6mm(S3)及>6mm(S4)各室層土壤的分離采集，通過種植植物與不種植植物處理，測定各室層土壤可提取態(tài)芘含量、土

8、壤微生物生物量碳、土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度、微生物熵、代謝熵、脫氫酶和多酚氧化酶活性和FAME含量，對(duì)離根系表面不同距離土壤芘的根際降解效應(yīng)開展研究。與不種植植物處理相比，種植植物的根箱中可提取態(tài)芘含量明顯降低。芘的根際降解存在距離根系不同遠(yuǎn)近的差異，根室和離根室0～4mm土層內(nèi)芘的降解顯著大于離根室>4mm土層內(nèi)芘的降解。種植植物處理中根室和離根室0～4mm土層內(nèi)芘快速降解過程與此區(qū)域范圍內(nèi)的微生物生物量、微生物活性的增強(qiáng)、微生物群落結(jié)構(gòu)的改