多氯联苯微生物降解的土壤胶体界面作用机制研究

Polychlorinated biphenyls (PCBs), as one of the priority persistent organic pollutants (POPs) , are of great concern due to their persistence and toxicity in the world. Soil complex colloids are the most important limiting factor influencing the microbial degradation of PCBs, and thus the interrelation among soil colloids, PCBs and degrading microbes has become the key content to investigate the microbial remediation mechanisms of soil contaminated by PCBs. This project will be carried out based on the experimental materials of soil colloids prepared manually and extracted from natural soils and Rhizobium meliloti which has been proved to be degrading bacteria of PCBs. By 13C-PCBs isotope, gfp gene double mark, and modern instrumental analysis methods such as isothermal titration microcalorimetry(ITC), Fourier transform infrared spectrum (FTIR), Nuclear magnetic resonance (NMR), Scanning electron microscope (SEM), Laser scanning confocal microscope (LSCM), Atomic force microscope(AFM) and so on, the interaction between Rhizobium meliloti and soil colloids will be deeply investigated, the effect of Rhizobium meliloti on the interaction between PCBs and soil colloids will be discussed, and the interaction mechanism between PCBs and Rhizobium meliloti on the interface of soil colloids will be revealed, which will provide the scientific basis for bioremediation of soils contaminated with PCBs.

多氯联苯（PCBs）是国际上共同关注的优控持久性有机污染物。土壤中复合胶体是影响PCBs微生物降解的重要限制因子，故土壤胶体-PCBs-降解微生物之间的相互关系成为探讨PCBs污染土壤微生物修复机理的关键内容。本项目以不同类型土壤提取的复合胶体与PCBs降解根瘤菌为实验材料，采用13C-PCBs稳定同位素与gfp基因双标记示踪法，借助等温滴定微量热(ITC)、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）、扫描电子显微镜（SEM）、激光共聚焦显微镜（LSCM）、原子力显微镜（AFM）等现代仪器分析手段，深入研究根瘤菌与土壤复合胶体的相互作用，探讨根瘤菌存在对PCBs与土壤胶体相互作用的影响，阐明PCBs与微生物在土壤复合胶体界面上的相互作用机制，为多氯联苯污染土壤的微生物修复提供科学依据。

多氯联苯（PCBs）是国际上共同关注的优控持久性有机污染物。土壤中复合胶体是影响多氯联苯（PCBs）微生物降解的重要限制因子，故土壤胶体-PCBs-降解微生物之间的相互作用关系成为探讨PCBs污染土壤生物修复机理的关键内容。本项目以不同类型天然土壤胶体及有机胶体组分与PCBs降解菌为供试材料，借助傅立叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、激光共聚焦显微镜（LSCM）、实时荧光定量PCR（Q-PCR）及16S扩增子测序等现代仪器分析手段，深入研究降解菌与土壤胶体的相互作用，探讨降解菌存在对PCBs与土壤胶体相互作用的影响，阐明PCBs与微生物在土壤复合胶体界面上的相互作用机制，为多氯联苯污染土壤的微生物修复提供科学依据。本研究主要结果如下：.1). 不同类型天然土壤胶体对3,3’,4,4’-四氯联苯 (PCB77)的生物降解作用。两种天然土壤胶体均显著降低了PCB77的生物降解，原因之一是PCB77的生物可给性显著降低。此外，在两种土壤胶体的暴露下，降解菌的活性受到显著抑制，这主要归因于对细胞生长繁殖的抑制，没有发现自由基的致死作用。研究结果进一步表明，土壤胶体通过影响降解菌吸附定殖状态限制其与吸附态多氯联苯的有效接触。因此，土壤胶体抑制微生物降解效率主要是通过降低多氯联苯生物可给性及降解菌的吸附定殖状态实现的。.2). 土壤胶体有机组分是决定降解菌及多氯联苯环境行为的重要因素。PCB77与有机胶体相互作用的位点主要集中在不饱和碳区域。PCB77和有机胶体之间不存在氢键或静电相互作用，且一系列表征结果表明PCB77主要是通过π-π共轭相互作用与有机胶体进行疏水性结合。同时，有机胶体微观结构的差异对PCB77吸附量的影响较大，表面粗糙、比表面积大等因素导致吸附量更高。.3). 土壤胶体-降解菌复合体与PCBs之间的界面作用机制与环境因子有关。土壤有机胶体对PCBs的吸附作用与环境介质的离子强度未表现显著相关关系；有机胶体能通过缓解降解菌株与土著菌群的拮抗作用，保证降解菌在污染土壤中的修复效果；首次证明氢气作为实际土壤中的还原性环境因子促进土壤胶体吸附态降解菌对PCBs的降解：直接效应为好氧PCBs降解菌直接利用氢气作为生长的能量来源，从而提高PCB的降解效率；间接效应为好氧PCBs降解菌可与其他氢气氧化微生物产生协同作用，