论文部分内容阅读
多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是土壤中典型的持久性有机污染物。我国土壤PAHs污染日益加剧,严重危及农产品安全和土壤生态系统健康。微生物修复技术具有经济绿色、环境友好等特征,已成为PAHs污染土壤的主要修复手段之一,然而由于受到土壤组分和环境因素等影响,微生物修复效率偏低,有待进一步提高。本研究以高分子量多环芳烃高效降解菌Paracoccus aminovorans HPD-2为研究对象,系统研究了石墨烯对菌株HPD-2生长的影响,采用傅里叶红外光谱、拉曼光谱及代谢组学等方法探讨了石墨烯与菌HPD-2的相互作用及机制,进一步采用土培实验探究了石墨烯与菌HPD-2的复合微生物菌剂对土壤中PAHs降解的影响。研究结果有助于深入理解和科学评价石墨烯对环境微生物的效应,为PAHs污染土壤的微生物修复提供新思路。本研究获得了以下主要结果:(1)功能化石墨烯(氧化石墨烯(GO)和磺化石墨烯(SG))对菌HPD-2生长的影响试验结果表明,石墨烯对菌HPD-2生长的影响不仅与石墨烯的种类和浓度有关,培养体系的营养水平也是重要的影响因素。低浓度石墨烯(0～10mg/L)对菌HPD-2的生长无影响,较高浓度石墨烯(100 mg/L)能够显著促进菌HPD-2的生长(p<0.05)。扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)的电镜结果显示两种石墨烯均能促进菌HPD-2胞外聚合物(EPS)的分泌,且GO的促进效果更为明显。(2)拉曼光谱、红外光谱及胞内代谢组学结果表明,与菌HPD-2发生相互作用后,低浓度GO结构无序性增加,较高浓度石墨烯与菌HPD-2发生了明显的相互作用,并在菌体表面存在一定程度的堆叠,细胞表面蛋白质、氨基酸和胞外多糖均参与了两者之间的相互作用,相比于GO,SG与菌HPD-2表面的相互作用较弱。GO添加量为20 mg/L时,影响最大的代谢通路是硫代谢通路,通过通路中各环节促进菌HPD-2的生长速度。GO添加量为100 mg/L时,通过TCA循环代谢通路促进菌HPD-2的生长代谢。(3)复合微生物菌剂明显促进了土壤中PAHs的微生物降解效率(p<0.05),经过35天培养后,对原土中12种PAHs的总降解率高达70.31%。复合微生物菌剂明显增加了土壤中细菌群落数量,提高了土壤中芘双加氧酶基因nid A和PAHs降解相关的功能基因(PAH-RHDαGN基因和PAH-RHDαGP基因)的数量。高通量测序结果在侧面反应了固定化菌剂的缓释作用。土壤速效钾含量和土壤阳离子交换量(CEC)均有所升高,表明微生物菌剂的加入可改善土壤养分和土壤性能。