芘污染脅迫根際響應(yīng)機(jī)制及其在根際微域中降解

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1、芘污染脅迫根際響應(yīng)機(jī)制及其在根際微域中的降解專(zhuān)業(yè)：環(huán)境科學(xué)博士生：許超指導(dǎo)老師：夏北成摘要多環(huán)芳烴(polycyclicaromatichydrocarbons，PAHs)是環(huán)境中普遍存在的具有代表性的一類(lèi)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(lèi)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

2、潛力的土壤生物修復(fù)技術(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(kāi)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(kāi)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)芘去除的主要原因，種植玉米可以通過(guò)根際效應(yīng)增加土壤微生物生物量碳、提高微

3、生物活性、改變微生物群落結(jié)構(gòu)來(lái)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(guò)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(shì)。土壤可提取態(tài)芘含量與土壤微生物量碳、微生物熵、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

4、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)期問(wèn)根際土眈降解高于非根際土，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

5、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)問(wèn)的推移差異濕著。(2)芘處理下玉米根系形念學(xué)參數(shù)發(fā)生了顯著的變化，主要表現(xiàn)在隨芘處理濃度的提高根直徑顯著降低，根長(zhǎng)、表面積和根體積顯著增大。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

6、類(lèi)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(jiàn)氨基酸組分的分泌量的影響各不相同，比較紊亂。天門(mén)冬氨酸、絲氨酸、丙氨酸的分泌量隨著芘處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(lài)氨酸、Y．氨基丁酸和鳥(niǎo)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(shì)。(3)采用多隔層根箱，通過(guò)尼龍撩網(wǎng)插片的控制，實(shí)現(xiàn)根室土(SO)、離根室0～2姍(S1)、2~4mm(S2)、4～6mm(S3)及>6mm(S4)各

7、室層土壤的分離采集，通過(guò)種植植物與不種植植物處理，測(cè)定各室層土壤可提取態(tài)芘含量、土壤微生物生物量碳、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(kāi)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O一4mm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O~4mm土層內(nèi)芘快速降解過(guò)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

8、生物群落結(jié)構(gòu)的改變密切相關(guān)。根際微域土壤微生物生物量的提高、微生物活性的增強(qiáng)和微生物群落結(jié)構(gòu)的改變是誘導(dǎo)芘在根際微域中產(chǎn)生特異消減行為的土壤微生物學(xué)作用機(jī)制。植物吸收并不是根際微域中芘快速降解的主要作用機(jī)制。關(guān)鍵詞：芘；根際修復(fù)；土壤微生物；根系形態(tài)；根系分泌物；脂肪酸甲酯(FAME)ResponsesofRhizospheretoPyreneStressandItsDegradationinMicro—rh娩osphereMajor：EnVironme