阿特拉津高效降解菌的分离、鉴定及其生物强化修复应用研究

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阿特拉津是一种常用农用除草剂,同时也是一种典型的环境内分泌干扰物质,目前该物质已被多个国家和地区限制使用,但在我国,阿特拉津仍在被广泛使用。虽然阿特拉津通常被施用于农田土壤中,但由于其具有较强的土壤溶淋能力,容易通过溶淋下渗和地表径流的冲刷进入水体,可造成更广泛的环境污染,并直接威胁饮用水安全。因此,在我国阿特拉津污染问题不容忽视,如何对受阿特拉津污染的土壤、水体进行修复工作,已成为我国一项重要的环境研究问题。  本文以有长期阿特拉津施用历史的农田土壤为研究对象,首先利用传统的微生物分离技术,从土壤中分离出阿特拉津降解菌,并开展降解特性和降解机理研究;此后,利用降解菌开展生物强化修复研究,评估降解菌对阿特拉津重污染土壤的修复效果,并详细考察外加硝氮和葡萄糖对生物强化修复效果的影响。在研究过程中,主要采用了末端限制性片段长度多态性分析(TRFLP)、荧光定量PCR(q-PCR)和克隆文库技术对降解菌和降解基因的数量进行监测,对微生物群落结构进行解析。  本文主要研究结论如下:  (1)经过反复液体培养和划线分离,分离获得一株阿特拉津降解菌DAT1,该降解菌属于节杆菌属(Arthrobacter)细菌,能以阿特拉津作为氮源生长。DAT1可利用蔗糖、柠檬酸、半乳糖三种碳源和硝酸钾、氯化铵、尿素三种氮源进行生长。DAT1进行生长和降解的最适pH范围为5~10,最适温度范围为25℃~35℃。DAT1的质粒上携带有trzN、atzB和atzC三种典型降解基因,可将阿特拉津降解为氰尿酸,但不能进一步矿化氰尿酸。  (2) DAT1能在3~4天内快速降解土壤中浓度高达400 mg/kg的阿特拉津,而土著菌与DAT1的种间竞争会降低降解速率。在这一过程中,DAT1和三种降解基因的数量不断增加。群落结构分析表明,高浓度阿特拉津的投加可引起群落多样性指数的降低,并导致群落结构的改变。  (3)高浓度硝氮(1000 mg/kg)能显著抑制DAT1对阿特拉津的降解,而中等浓度硝氮(240 mg/kg)对DAT1的降解能力无显著影响。在中低浓度硝氮(240 mg/kg、0 mg/kg)试验组中,DAT1和三种降解基因的数量不断增加;在高浓度硝氮(1000 mg/kg)试验组中,未观察到DAT1和三种降解基因数量的显著增加。微生物群落结构分析表明,不同浓度的外加硝氮可引起群落结构的差异。克隆文库分析表明,在降解前后,优势细菌门类均为放线菌门和变形菌门,放线菌门的节杆菌属(Arthrobacter)为优势菌属,并且外加氮源对优势菌属丰度的影响较小。  (4)外加葡萄糖(2000 mg/kg)能增强修复效果,并能提高土著降解菌的降解能力。但投加葡萄糖组中DAT1和trzN基因的数量却低于未投加葡萄糖组中的,这表明土著群落中可能存在有别于DAT1的未知阿特拉津降解菌和降解基因。微生物群落结构分析表明,生物强化菌剂DAT1与外加葡萄糖均可引起群落结构的改变。
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