多环芳烃污染土壤的微生物效应及真菌修复研究

来源 :中国科学院南京土壤研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cyydn
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随着经济的快速发展,我国局部地区土壤中的多环芳烃(Polycyclic AromaticHydrocarbons,PAHs)污染问题开始逐渐显现。PAHs是一类由多个苯坏稠合而成的有机物的统称,某些高分子量的PAHs已被证明具有致癌、致畸、致突变的“三致”效应,其环境风险不容忽视。本文紧密结合我国土壤PAHs污染状况,在国内外相关研究现状与趋势的分析基础上,重点开展PAHs污染农业土壤的微生物生态效应和生物修复(特别是真菌及漆酶修复)研究工作,主要包括:PAHs污染土壤修复前后的生态毒性和微生物群落结构变化,污染土壤真菌修复作用及真菌漆酶降解机制,以及可能与真菌协同修复的降解细菌分析及其功能基因克隆等,为PAHs污染土壤的微生物生态毒性评价和真菌修复技术的发展提供了新的理论基础和方法学。   本研究的主要结果总结如下:   1) PAHs污染土壤的生态毒性(明亮发光杆菌荧光抑制方法测定)与PAHs污染水平存在显著的非线性相关关系,这与土壤中污染物之间的相互作用有关。PAHs可能是构成污染土壤生态风险的主要因素之一。但是总体上中低污染程度的PAHs对土壤中细菌和真菌群落结构未产生显著影响,土壤理化因子的差异可能掩盖了PAHs对土壤微生物的扰动效应。   2)运用将筛选土壤PAHs降解真菌改变为从土壤中筛选具有漆酶活性真菌的新方法,同时根据漆酶可将愈创木酚氧化为红色物质的特性,成功地从PAHs污染土壤中分离出多株分泌漆酶的真菌,并运用形态学鉴定方法将其中一株鉴定为Monilinia sp.。采用部分析因试验中的Plackett-Burman方法,发现氮源(豆粕粉)、乙醇和供氧可以显著刺激漆酶的产生,而碳源(葡萄糖)、愈创木酚不利于分泌漆酶,为真菌漆酶生产培养参数优化提供了简便的方法。   3)应用真菌菌株Monilinia sp. W5-2对PAHs污染土壤进行了修复研究。接种Monilinia sp. W5-2显著减少了土壤中的PAHs总量(转化率达35±0%),而同时进行的生物刺激(添加玉米芯粉)和对照微域中转化率分别只有16±9%和3±0%。真菌修复对葸和苯并[a]芘表现为偏好性作用,两者转化率分别达72±2%和70±8%,远高于生物刺激和对照微域相应的转化率,也高于其它PAHs的转化率,这可能与真菌分泌的胞外木质素氧化酶有关。应用芳香烃降解菌计数和PCR-DGGE方法对真菌修复的土壤微生物效应进行了分析,结果表明Monilinlasp. W5-2对土壤微生物没有显著的不良效应,这有利于土壤中真菌-细菌协同降解PAHs。   4)研究了漆酶对15种PAHs的氧化能力,介体(ABTS)可以有效地增加漆酶对PAHs的转化能力,蒽和苯并[a]芘的转化率可达100%,漆酶对蒽的转化中间产物经鉴定为蒽醌。PAHs的氧化率和电离电位间存在显著的负相关关系,表明漆酶对PAHs的氧化能力差异主要受PAHs物理化学性质的影响。首次应用漆酶进行了PAHs污染土壤的修复试验,漆酶使土壤PAHs毒性当量以及葸和苯并[a]芘的含量显著降低,并对土壤微生物生物量没有明显的影响,是相对安全的土壤修复制剂,提示了PAHs污染土壤酶学修复的可能性。   5)采用分子生物学方法对实验室富集的土壤PAHs降解菌群进行了分析,3个主要成员分别是产碱菌、拟诺卡氏菌和戈登氏菌,表明了土壤中PAHs降解细菌的多样性;对石油污染土壤中的PAHs降解功能基因-邻苯二酚-2,3-双加氧酶-的克隆结果表明,严重的污染会造成降解性微生物的富集,在该污染土壤中,假单胞菌是主要的PAHs降解细菌。
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