植物与微生物联合强化水体有机污染物降解的机制

With the development of economy, contamination of water with hazardous and toxic organic chemical compounds is gradually increasing. In China, a variety of organic pollutants have been detected in more than 75% of the surface water, resulting in drinking water scarcity. In fact, organic contamination has become one of the most serious problems today. Thus, the threat of these pollutants to public health has led to an increased interest in developing techniques that can eliminate or neutralize its toxic effects in the environment. In the current study, a bioremediation system for the removal of water organic pollutants using reed and xenobiotic-degrading endophytic bacteria will be set up. The efficient of this bioremediation system in treating with organic pollutants will be examined by HPLC-MS. The mechanisms of accelerating the degradation of hazardous organic compounds by this bioremediation system need to be investigated. We will analyze the influence of plants and endophytic bacteria in two different contact models (direct or indirect contact) on the degradation of organic pollutants using a special device，HPLC-MS and CLSM. In addition, the effects of plant exudates on the microbial degradation of organic pollutants and the expression of its degrading-enzyme gene are also to be measured by utilizing RTm-PCR, HPLC-MS and GC-MS. The aim of this research is to provide a low cost and eco-friendly remediation approach in the restoration of organic-polluted waters and clarify plant-endophytic bacteria interactions in enhancing biodegradation of organic pollutants.

随着社会经济的发展，水体有机污染程度日益加剧，在我国75%以上的地表水中可以检测到有机污染物，致使水资源安全问题成为关乎公共卫生健康的重要问题，是亟待解决的环境污染问题之一。本项目利用实验室已筛选获得的具有农药降解能力的植物内生菌及芦苇作为研究对象，构建出具有强化水体有机污染物降解能力的植物与微生物共修复系统，通过高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）检测等手段对其促进有机污染物降解的效果进行分析。利用自制的特殊装置、HPLC-MS、激光共聚焦（CLSM）等检测技术，探讨植物与微生物不同接触方式对有机污染物降解效果的影响，并利用荧光定量PCR（RTm-PCR）、HPLC-MS和气相色谱-质谱（GC-MS）等技术分析植物分泌物对微生物体内有机污染物降解酶基因表达水平及其对微生物降解农药性能的影响，揭示植物与微生物耦合修复系统在强化有机污染物降解过程中，植物与微生物间的作用关系。

本项目利用常见水生植物和实验室筛选获得的农药降解微生物，在实验室条件下研究了选定植物和微生物联合作用强化甲氰菊酯降解的过程，并对其作用机制以及应用前景进行了初步研究和探讨。在中试条件下，利用植物修复法耦联微生物修复法结合人工湿地技术对含有毒死蜱的富营养化水体进行修复，并通过对水质指标和水体细菌群落结构动态变化的监测，筛选出适宜的植物耦联微生物修复系统，为该环境修复技术的实际应用提供理论指导和实践基础。同时，开展合作研究，将甲基对硫磷关键降解酶基因转到具有重金属抗性的细菌内，并探讨其对重金属和甲基对硫磷复合污染的修复效果，为相关修复领域提供新思路。本项目的主要结论是：.(1)浮萍对不同农药降解菌Pseudomonas sp. E1, Klebsiella terrigena E42, 和 Pseudomonas sp. E46的生长和利用甲氰菊酯的影响表现出较大的差别，说明植物和微生物之间相互关系复杂的同时，并不是所有植物耦联微生物均可以提高污染物的清除效率。利用植物耦合微生物法修复环境中有机污染物时需要根据污染物的类型、植物类型和微生物类型加以评估。.(2) 利用三种不同水生植物（芦苇、睡莲和狐尾藻）种植方式以及植物耦联菌剂等不同配伍方式，结合人工湿地技术，对富含氮、磷营养盐以及毒死蜱的污水进行为期30 d的修复研究。结果表明，植物多样性有利于加速水体中氮、磷和毒死蜱等污染物的脱除；不同植物对不同污染物的脱除效果表现出一定的差异；植物和微生物菌剂耦联体系可以加速系统中毒死蜱的去除；水体中部分种类的微生物可以加强水体环境中毒死蜱的降解，并可能加速水体中氮、磷营养元素的转化效率。同时本项研究还表明在利用植物耦联微生物修复法结合人工湿地技术处理含有有机物污染物的富营养化水体时，控制合理的水力停留时间是影响修复效果的关键因素之一。.（3）利用绿色荧光蛋白和甲基对硫磷降解酶双重标记的恶臭假单胞菌Pseudomonas putida X3修复甲基对硫磷和镉复合污染的土壤，发现共存镉对甲基对硫磷的降解有一定的抑制作用，菌株X3在降低镉的生物有效性方面不受甲基对硫磷影响不大。菌株X3在该污染土壤中可以很好的生长与繁殖，并实现污染土壤的修复。