黑麦草根系分泌物强化菌剂修复PAHs污染土壤的作用机制

The investigation on the relationship between root exudates and rhizosphere microorganisms is the important direction in the rhizosphere micro-ecology field. The current researches mostly focused on indigenous microorganisms; the influence of root exudates on the indigenous microorganism quantity, activity, community diversity and pollutant removal rate was explored. However, there are not many reports on exogenous bacterial agents, let alone the systematic investigation on the relationship between root exudates types, concentrations and exogenous bacteria quantity, activity, and soil remediation effect. This hinders further understanding of microorganism-plant combined remediation mechanism. In this program, ryegrass root exudates will be collected and their response to PAHs contamination will be studied; root exudates-bacterial agent remediation system will be established, the influence of root exudates of different concentrations on exogenous bacteria quantity and activity in PAHs-contaminated soils will be analyzed, the relationship between exogenous bacteria and PAHs degradation will be explained at the molecular level; the influence of root exudates on PAHs environmental behaviors will be examined, the existing state of PAHs will be discussed and their bioavailability will be analyzed. Thus the mechanism of root exudates-enhanced bioremediation will be verified.

根系分泌物与根际微生物相互关系的研究是近年根际微生态领域研究的重要方向。现有研究多集中于根际土著微生物，着重研究根系分泌物作用下土著微生物数量、活性、群落多样性及污染物去除率的动态变化及作用机制；对土壤中外源高效降解菌剂研究相对较少，缺乏对根系分泌物种类、浓度与外源降解菌数量、活性及土壤修复效果相关关系的系统研究，这影响了对微生物-植物联合修复机理的深入了解。项目拟收集黑麦草根系分泌物，研究根系分泌物对PAHs污染的响应；构建根系分泌物-高效降解菌剂修复体系，研究土壤中PAHs降解过程中不同剂量的根系分泌物及其重要组分对外源降解菌数量和活性的影响，阐明根系分泌物作用下外源降解菌在分子机制上与PAHs降解的关联；研究根系分泌物对土壤中PAHs环境行为的影响，探讨根系分泌物作用下PAHs赋存状态的变化，解析其生物有效性，以期探明根系分泌物强化菌剂修复PAHs污染土壤的作用机制。

根系分泌物与根际微生物的研究是近年根际领域研究的重要方向。目前缺乏对根系分泌物与外源降解菌、土著菌群及土壤中污染物环境行为的系统研究，这影响了对微生物-植物联合修复机理的深入了解。本项目收集了黑麦草根系分泌物，检出了草酸、甲酸和苹果酸等小分子酸，天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、酪氨酸、赖氨酸、组氨酸等氨基酸，可溶性糖，酚酸类（3',4'-二羟基苯甲酸）、脂肪酸类（癸酸、16-羟基棕榈酸、油酸、月桂酸）、酯类（己二酸二辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯）及酰胺类物质（油酸酰胺）。研究了PAHs对根系分泌物的胁迫效应，发现PAHs影响根系分泌物中氨基酸的含量、组成以及可溶性糖的含量，其程度因PAHs种类和浓度不同存在差异。构建了外源降解菌PPZ-1在土壤中的特异性检测方法及其关键酶基因的检测方法。研究了根系分泌物对外源菌的影响，发现根系分泌物及其不同组分对PPZ-1数量及土壤中芘的去除率的影响不同，且同一组分在不同修复时间上也存在差异。PPZ-1数量与芘的去除率无直接关系。测定4种关键酶基因的表达水平，初步数据表明顺式1，2-二氢-1，2-二氢萘脱氢酶和原儿茶酸3，4-双加氧酶大亚基的编码基因参与了土壤中芘的降解，根系分泌物及其组分未影响其表达。研究了黑麦草根系分泌物及其组分对土著菌的影响，发现物种丰富度、多样性和均一性未受其影响，但不同处理组对特定物种在其样本中聚集的影响不同。草酸、葡萄糖、缬氨酸处理组的群落组成与对照相似，模拟根系分泌物和实际根系分泌物处理组有别于对照组，但彼此具有相似性。考察了各处理组间的基因数目分布情况，不同处理组之间的基因信息一致，各组无特有基因信息，在功能组成上各处理组较为相似。添加根系分泌物及其组分有助于土壤中芘的去除。土著菌与PPZ-1相比，土著菌的降解作用居主导地位。芘在各体系中的吸附均接近线性，根系分泌物或其组分轻微促进芘的吸附。本研究可为探明微生物-植物联合修复PAHs污染土壤的作用机制提供理论依据。