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邻苯二甲酸酯(Phthalic acid esters,PAEs)一类被广泛用作塑料增塑剂、农药载体等行业的有机化合物。但PAEs具有生殖毒性、神经毒性等,是一类典型的环境内分泌干扰物。由于工农生产和生活使用尤其是地膜覆盖和塑料大棚的推广应用,导致农业土壤普遍受PAEs污染,严重影响土壤质量和农产品质量安全。研发PAEs污染土壤的修复技术备受关注。目前微生物修复被视为环境中PAEs降解的主要途径,而植物修复是环境友好的经济型技术,结合二者优势可形成有效的生物修复技术。本研究以土壤中检测率和含量均较高的PAEs典型化合物邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(Di(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)为目标污染物,采用气相色谱串联质谱联用仪(GC-MS)和高效液相色谱飞行时间质谱联用仪(LC-TOF-MS/MS)分析,从活性污泥中分离得到DEHP高效降解菌,并进行菌种鉴定;测定单因素条件下菌株对DEHP的降解效率,并利用响应曲面法优化菌株降解DEHP的最佳条件;鉴定菌株对DEHP的降解产物并反向验证菌株对DEHP的关键降解酶基因,综合分析其降解途径;然后通过土壤盆栽玉米(Zea mays)试验,研究玉米接种高效降解菌对DEHP污染土壤的修复效果及降解菌缓解DEHP胁迫对玉米生长的影响,为PAEs污染土壤修复及保障农产品安全提供科学依据。主要研究结果如下:(1)降解菌的筛选与鉴定:以PAEs混合物为受试污染物,利用浓度梯度驯化法,从活性污泥中分离筛选出一株DEHP降解菌。根据细菌的形态学特征、生理生化特性以及16S rDNA序列同源性分析鉴定,确定为嗜吡啶红球菌(Rhodococcus pyridinivorans XB)。(2)单因素降解试验及优化降解条件:通过单因素降解试验,研究温度、pH、接菌量等单因素条件下菌株降解DEHP的影响,发现温度为25~35℃,pH为6~8是相应的最优降解率区间,接菌量无明显差异;采用响应面曲线优化条件发现,菌株对DEHP的最佳降解条件为:温度为30.4℃、pH为7.08、接菌量为1.0(OD600),其拟合2 d降解率为98.5%,实际降解率为99.1%。菌株XB在120 h内可将不同初始浓度(50~400 mg·L-1)的DEHP完全降解,并于72 h对800 mg·L-1的DEHP降解率达88.3%。不同浓度DEHP(50~800 mg·L-1)降解半衰期为5.44~23.48 h。(3)降解途径分析:采用LC-TOF-MS/MS分析DEHP降解中间产物,并利用实时荧光定量PCR技术反向验证菌株XB降解酶基因,综合推测其降解途径。首先,菌株XB分泌羧酸酯键水解酶先后断裂DEHP两侧酯键,DEHP转化为邻苯二甲酸单(2-乙基己基)酯(Monoethylhexyl phthalate,MEHP),MEHP继而转化为邻苯二甲酸(Phthalic Acid,PA)。PA在邻苯二甲酸4,5-双加氧酶作用下转化为4,5-二羟基邻苯二甲酸。菌株再通过脱羧基反应使4,5-二羟基邻苯二甲酸转化为原儿茶酸(Protocatechuic acid,PCA)。之后PCA经菌株的原儿茶酸3,4-α亚基双加氧酶和原儿茶酸3,4-β亚基双加氧酶基因表达转化为小分子有机酸,最后通过三羧酸循环分解为CO2和H2O。(4)菌株XB降解污染土壤中DEHP试验结果表明:以理论浓度为100 mg·kg-1污染土壤为修复目标,与未接菌污染土壤相比,接种菌株XB处理(灭菌土壤接菌、未灭菌土壤接菌)的污染土壤DEHP残留量均大幅下降,在第10 d时分别削减了52.2%与59.7%,降解半衰期分别为8.78 d和7.30 d,显著低于未接菌处理(84.8~184 d)。(5)土壤盆栽玉米试验表明:与污染土壤空白处理相比(DEHP初始浓度为20 mg·kg-1和100mg·kg-1),接种降解菌XB或种植玉米处理可以降低土壤DEHP残留量,促进土壤DEHP降解,二者的DEHP去除率于第25 d(第50 d)为50.50%~59.91%(71.77%~78.23%);而玉米接种降解菌XB处理的DEHP去除率在第50 d高达85.41%,说明降解菌XB能与玉米形成良好的协同作用,有效降解土壤中的DEHP。与不接菌处理相比,玉米接种菌株XB能显著提高玉米根系和茎叶的超氧化物歧化酶活性(3%~154%)、过氧化氢酶活性(11%~58%)及多酚氧化酶活性(48%~288%),显著降低丙二醛含量(11%~60%),增加玉米生物量(5%~86%),长时间培育下增加玉米根系对DEHP的吸收积累(7.5%~12.6%)、降低高浓度胁迫下茎叶DEHP含量。显示玉米与降解菌XB联合能有效修复DEHP污染土壤,保障农产品安全,具有应用前景。