芘污染胁迫根际响应机制及其在根际微域中降解

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1、芘污染胁迫根际响应机制及其在根际微域中的降解专业：环境科学博士生：许超指导老师：夏北成摘要多环芳烃(polycyclicaromatichydrocarbons，PAHs)是环境中普遍存在的具有代表性的一类重要持久性有机污染物，具“三致性"、难降解性，在土壤环境中不断积累，严重危害着土壤的生产和生态功能、农产品质量和人类健康。防治和修复土壤多环芳烃污染、保护土壤环境安全、以实现土壤资源的可持续利用是当前全球关注的一个焦点。根际修复是利用植物．微生物和根际环境降解有机污染物的复合生物修复技术，是目前最具

2、潜力的土壤生物修复技术之一。研究植物修复多环芳烃的根际响应机制及其在根际微域中的降解作用机理，将为针对性地拟定经济高效的土壤多环芳烃污染防治和修复的实用技术提供基础依据。论文以芘为代表性的多环芳烃，从根际微生物、根系形态和根系分泌物角度开展玉米修复芘污染的根际响应机制研究；用多隔层根箱和FAME技术开展离根表面不同距离根际微域中的芘降解效应研究。主要研究结果如下：(1)玉米能够显著地促进土壤中芘的降解。玉米吸收和积累并不是植物促进芘去除的主要原因，种植玉米可以通过根际效应增加土壤微生物生物量碳、提高微

3、生物活性、改变微生物群落结构来促进土壤微生物对芘的降解。各处理根际土壤微生物量碳、微生物熵均高于非根际土壤，代谢熵低于非根际土壤，且其差异随着芘处理浓度的增大而增大。芘各浓度处理根际土壤多酚氧化酶活性、脱氢酶活性、过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、脲酶活性和磷酸酶活性均大于非根际土壤，且随着处理浓度的增大差异基本上呈现增大的趋势。土壤可提取态芘含量与土壤微生物量碳、微生物熵、多酚氧化酶活性、脱氢酶活性和磷酸酶活性显著负相关，与微生物代谢熵显著正相关。FAME分析结果表明，与非根际土壤相比，芘污染玉米修复的根

4、际土微生物群落结构发生了显著的变化，主要表现在：微生物生物量特征脂肪酸含量、细菌特征脂肪酸含量、真菌特征脂肪酸含量、丛枝菌根真菌特征脂肪酸含量高于非根际土壤根际土壤，且其差异随着芘处理浓度的提高而增大。试验期问根际土眈降解高于非根际土，土壤微生物生物量碳、微生物熵、多酚氧化酶和脱氢酶活性根际土均高于非根际土，代谢熵低于非根际土。FAME分析结果表明，与非根际土壤相比，芘污染玉米修复的根际土壤微生物群落结构发生了显著的变化，主要表现在根际和非根际土壤微生物生物量脂肪酸含量、真菌特征脂肪酸含量、丛枝菌根真

5、菌特征脂肪酸和GN。菌特征脂肪酸含量的差异随着培养时间的推移逐渐增大，且这种效应随着培养时问的推移差异湿著。(2)芘处理下玉米根系形念学参数发生了显著的变化，主要表现在随芘处理浓度的提高根直径显著降低，根长、表面积和根体积显著增大。芘胁迫下促进了根系分泌更多的总有机碳、可溶性糖、乙酸、草酸、酒石酸、柠檬酸和氨基酸；在试验设计浓度范围内，根系分泌物中总有机碳、可溶性糖、乙酸、草酸和氨基酸含量随芘处理浓度的增大先增加后降低，根系分泌物中酒石酸和柠檬酸含量随芘处理浓度的增大而显著增加。芘处理对根分泌氨基酸种

6、类的影响不大，而对各氨基酸分泌量的变化幅度影响较大，芘胁迫处理对于18种常见氨基酸组分的分泌量的影响各不相同，比较紊乱。天门冬氨酸、丝氨酸、丙氨酸的分泌量随着芘处理浓度的增大而增加，苏氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、胱氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、Y．氨基丁酸和鸟氨酸的分泌量随着芘处理浓度的增大呈先增加后降低的变化趋势。(3)采用多隔层根箱，通过尼龙撩网插片的控制，实现根室土(SO)、离根室0～2姗(S1)、2~4mm(S2)、4～6mm(S3)及>6mm(S4)各

7、室层土壤的分离采集，通过种植植物与不种植植物处理，测定各室层土壤可提取态芘含量、土壤微生物生物量碳、土壤基础呼吸强度、微生物熵、代谢熵、脱氢酶和多酚氧化酶活性和FAME含量，对离根系表面不同距离土壤芘的根际降解效应开展研究。与不种植植物处理相比，种植植物的根箱中可提取态芘含量明显降低。芘的根际降解存在距离根系不同远近的差异，根室和离根室O一4mm土层内芘的降解显著大于离根室>4mm土层内芘的降解。种植植物处理中根室和离根室O~4mm土层内芘快速降解过程与此区域范围内的微生物生物量、微生物活性的增强、微

8、生物群落结构的改变密切相关。根际微域土壤微生物生物量的提高、微生物活性的增强和微生物群落结构的改变是诱导芘在根际微域中产生特异消减行为的土壤微生物学作用机制。植物吸收并不是根际微域中芘快速降解的主要作用机制。关键词：芘；根际修复；土壤微生物；根系形态；根系分泌物；脂肪酸甲酯(FAME)ResponsesofRhizospheretoPyreneStressandItsDegradationinMicro—rh娩osphereMajor：EnVironme