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文檔簡介
1、土壤是人類生存和發(fā)展的重要基礎,由土壤有機污染引起的植物污染風險已經(jīng)成為全球關注的熱點問題之一。多環(huán)芳烴(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是一類普遍存在于土壤環(huán)境中具有致畸、致癌、致突變特性的持久性有機污染物,能夠被植物吸收積累,并通過食物鏈的傳遞嚴重危害動物和人體健康。因此,如何規(guī)避植物體內(nèi)PAHs污染風險,保障農(nóng)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展亟需解決。菲、芘作為PAHs中三環(huán)和四環(huán)污染物的典型代表,
2、常被用作測定環(huán)境中PAHs污染的指示物和PAHs生物降解的模型分子。
本研究以菲、芘作為PAHs代表性污染物,以黑麥草作為供試植株,探討PAHs復合污染條件下,植物體內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細菌的種群數(shù)量變化及其菲、芘降解效能,闡明植物內(nèi)生細菌對PAHs污染的響應,并進一步從PAHs污染場地的健康植株體內(nèi)分離篩選出具有PAHs降解特性的功能內(nèi)生細菌,系統(tǒng)地研究其生物學特性及不同環(huán)境因子對PAHs的降解效能,以期為利用功能內(nèi)生細菌調(diào)控植物吸
3、收降解PAHs,進而有效地規(guī)避植物體內(nèi)PAHs污染風險提供新思路和途徑。主要研究成果如下:
1植物內(nèi)生細菌對多環(huán)芳烴污染的響應
(1)黑麥草能夠吸收培養(yǎng)液中的PAHs,并由根向莖葉傳導。植物體內(nèi)PAHs濃度隨著培養(yǎng)液中PAHs污染強度的增加而顯著增加,并且根中PAHs濃度顯著高于莖葉。當培養(yǎng)液中菲濃度由0.1增加到0.8 mg·L-1時,植物根、莖葉中菲含量分別由57.0和19.3 mg·kg-1增加到346.5和1
4、44.7 mg·kg-1。當培養(yǎng)液中芘濃度由0.02增加到0.5mg·L-1時,植物根、莖葉中芘含量分別由31.3和0.6 mg·kg-1增加到630.7和184.7mg·kg-1。
(2) PAHs污染改變了黑麥草體內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細菌的種屬數(shù)量和優(yōu)勢種群。本研究從不同菲和芘污染的黑麥草體內(nèi)共分離篩選出33種可培養(yǎng)植物內(nèi)生細菌,分別屬于Gamma Proteobacteria、Sphingobacteda、 Alpha Prot
5、eobacteria、Bacilli、Flavobacteria、Beta Proteobacteria、Actinobacteria7個類群。此外,改變菲、芘濃度均能夠影響植物體內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細菌的種屬數(shù)量和優(yōu)勢種群。隨著菲污染濃度的增加,植物體內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細菌的種屬數(shù)量有所減低,其優(yōu)勢種群由Rhizobium sp.,Klebsiella sp.和Stenotrophomonas sp.轉變?yōu)镻antoea sp.,Bacillus
6、sp.和Enterobacter sp.。
(3) PAHs污染條件下,植物內(nèi)生細菌在體外對菲、芘具有不同程度的降解能力。其中Gamma Proteobacteria類群中的9種內(nèi)生細菌對菲的降解能力高達90%以上,Bacillus類群中的Serratia sp.和Bacillus sp.2種內(nèi)生細菌對芘的降解率為33.9-49.4%。
2菲降解功能內(nèi)生細菌的分離篩選及其廣譜性分析
(1)采用富集培養(yǎng)法,從
7、南京某PAHs污染場地的健康植物車前草(PlantagoasiaticaL.)體內(nèi)分離篩選出10株對菲具有耐受性的功能內(nèi)生細菌。其中菌株PHE-3能以菲為唯一能源和碳源進行生長,96h內(nèi)對菲的降解率高達99%以上。結合菌株PHE-3的菌落形態(tài)觀察、生理生化特性和16S rRNA序列分析,初步鑒定為類芽孢桿菌屬(Paenibacillus sp.)。該茵對多種抗生素較為敏感,僅對低濃度的氨芐青霉素具有一定的抗性。
(2)改變環(huán)境
8、條件能夠影響菌株PHE-3對菲的降解效果。當pH4.0-8.0時,菌株PHE-3對菲的降解率高達99%;當溫度30-42℃時,菌株PHE-3對菲的降解率達90%以上。同時,隨著菲污染濃度的升高,菌株PHE-3對菲的降解率逐漸降低。當菲濃度為25-50 mg·L-1時,菌株PHE-3對菲降解率為93.6%-99.0%;當菲濃度為100-300 mg·L-1時,菌株PHE-3對菲的降解率為11.8%-76.9%。此外,添加C、N源能夠促進菌
9、株PHE-3對菲的降解效果。當外加C源為檸檬酸和硫酸銨,N源為硝酸銨,或外加混合C、N源為谷氨酸和酵母膏時,菌株PHE-3在84 h內(nèi)幾乎能完全降解菲。
(3)菌株PHE-3對6種PAHs具有普遍的降解能力,且能夠以低分子量PAHs為碳源,通過共代謝作用增加高分子量PAHs的降解作用。當菌株PHE-3分別以萘、芴、菲、芘、熒蒽、苯并[a]芘為唯一碳源時,7d內(nèi),其降解率分別為48.9%,59.4%,100.0%,24.2%,2
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