砖红壤性水稻土百草枯/2,4-D厌氧降解的Fe(III)/腐殖质呼吸驱动机制

砖红壤性水稻土主要分布在热带地区，百草枯与2,4-二氯苯氧乙酸是热区水稻土中主要有机污染物。本项目针对富铁水稻土中Fe(III)/腐殖质呼吸强烈发生的特点，及百草枯厌氧氧化与2,4-D还原转化特征，提出Fe(III)/腐殖质协同驱动的百草枯/2,4-D微生物─化学厌氧降解机制。主要研究内容为：以百草枯作为电子供体，从砖红壤水稻土中富集分离高效Fe(III)还原菌，探讨其厌氧呼吸特性；研究百草枯/还原菌/Fe(III)/腐殖质/2,4-D纯培养体系中百草枯与2,4-D的降解动力学及降解途径，阐明Fe(III)/腐殖质呼吸驱动百草枯/2,4-D协同降解机制；构建土壤/百草枯/2,4-D体系，进一步验证该降解机制，并探讨砖红壤中不同形态铁氧化物及腐殖质组分对降解的影响，确定关键因子，为揭示砖红壤区域典型污染物环境行为提供科学依据。

本项目针对富铁水稻土中Fe(III)/腐殖质呼吸强烈发生的特点，以土壤中大量使用的除草剂百草枯为目标物，研究Fe(III)/腐殖质/百草枯/还原菌复杂体系中百草枯降解转化机制。.主要内容与进展如下：.1) 分离纯化并鉴定出5株Fe(III)/腐殖质还原菌，其中2株菌耐受百草枯；.2) 菌株HN01、PQ01和PQ02的Fe(III)/腐殖质还原能力较强、电子供体利用谱和电子受体谱较宽，是较为理想的胞外呼吸模式菌株，在污染控制领域具有潜在的应用前景。菌株HN01能以葡萄糖、蔗糖、乙醇、甲醇、丙三醇为电子供体还原AQDS，还原能力依次递减；能以针铁矿、纤铁矿、赤铁矿、p’p-DDT为电子受体进行胞外呼吸。PQ01能以百草枯、葡萄糖、蔗糖、丙酮酸、甲酸及乙酸为电子供体进行Fe(III)/腐殖质还原，利用能力依次递减，对TBBP-A、DDT产生直接降解作用，并且能以DDT为电子受体进行胞外呼吸而使DDT还原降解。菌株PQ02能以百草枯、葡萄糖、蔗糖、丙酮酸、甲酸、乳酸为电子供体，以腐殖质/Fe(III)氧化物为电子受体进行胞外呼吸。.3) 建立了还原菌－腐殖质/铁氧化物－百草枯体系，阐述了铁/腐殖质转化-还原菌与百草枯降解转化的生物化学过程，揭示了该体系下百草枯的厌氧降解转化机制：①菌株对百草枯的直接生物降解；②百草枯作为电子供体，通过给出电子而被氧化降解，同时体系中部分铁氧化物及腐殖质作为电子受体，接受电子而还原；③百草枯与体系中还原产生的醌类还原产物进行直接的化学反应；④外加碳源通过促进铁/腐殖质还原加速百草枯的降解。.4) 土壤体系中研究了百草枯降解机制，供试土壤中百草枯的降解转化需要微生物的参与，厌氧比好氧条件更有利于百草枯的微生物降解。腐殖质还原菌与腐殖质协同促进百草枯降解。.本项目研究为理解富铁/腐殖质土壤中连吡啶类除草剂自然消减过程与机理提供理论依据，同时为建立基于Fe(III)/腐殖质呼吸的污染土壤调控或修复策略提供技术支撑。