黄河三角洲土壤中多环芳烃降解微生物及其对盐度的响应研究

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黄河三角洲由于其独特的地理位置和丰富的油气资源,土壤微生物的生长代谢受到土壤盐渍化和原油污染双重胁迫。多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)作为石油烃的重要组成,属于持久性有机污染物,具有典型的“三致”作用。大多数多环芳烃经过迁移和转换最终会沉积于土壤中并长期存在。微生物降解是环境中PAHs的自然消散和人为修复的主要途径。然而在盐碱土壤中,土壤盐分会改变微生物群落的结构和降解细菌的生理代谢,从而影响PAHs的生物降解效率。目前国内外对盐碱和PAHs污染双重胁迫下微生物的关注度较低,对盐碱土壤中PAHs降解微生物的研究大多集中于微生物降解效率等表观现象,对盐渍土壤中微生物菌群的构成和多样性、不同盐胁迫程度下PAHs降解基因和土壤酶活性的响应等问题也不明确,现有研究结果无法明确阐释盐胁迫下PAHs降解菌的响应机理。因此深入研究土壤中多环芳烃降解微生物及其生物学指标对盐度的响应,对于开展盐渍化土壤中多环芳烃的生物修复具有重要的意义。本文通过对黄河三角洲油田开采区土壤进行取样调查,分析了盐渍化和PAHs污染双重胁迫下土壤理化特征、PAHs污染特征、土壤酶活性和微生物群落结构。在此基础上,以菲和芘作为典型PAHs,从黄河三角洲PAHs污染土壤中分离富集了6个多环芳烃降解菌群,通过高通量测序分析了各菌群组成结构,并研究了其对盐度耐受性和多环芳烃降解效果。通过实验室土壤实验,模拟了不同盐度胁迫下油田土壤的PAHs生物降解过程,对土壤性质、细菌群落结构、多环芳烃降解基因和土壤酶活性进行了分析,结果表明低土壤盐度(1%NaCl,w/w)可以一定程度的提高PAHs降解率,而高盐条件下(3%NaCl,w/w)的生物降解受到显著抑制;土壤细菌群落多样性、降解基因拷贝数和土壤酶活性等参数在一定范围内会随着土壤盐度的升高而越低,这可能是高盐土壤中PAHs降解率降低的主要原因。细菌群落结构分析表明,添加NaCl会增加耐盐和嗜盐菌属的丰度,特别是在高盐处理中,嗜盐菌属占主导地位,发挥了主要的降解作用,如Acinetobacter和Halomonas菌属等;利用微生物功能预测(Picrust2)和冗余分析(RDA),进一步揭示了土壤盐度对多环芳烃降解基因数量的抑制效果,证实了降解微生物减少及其活性下降是导致多环芳烃去除率下降的主要原因。
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