挺水植物对水体阿特拉津污染的生态响应及其修复作用机理

Phytoremediation has been recognized as a potentially efficient and economically justified way to deal with atrazine contamination. But only limited information is available on the sensitivities to atrazine exposure of emergent plants acting as potential agents for cleanup of atrazine and the fate of atrazine in the phytoremediation system. Based on hydroponic experiments, the project researches the growth and physiological responses of emergent plants to atrazine to determine the eco-toxicity effects of water contamination by atrazine on aquatic plants, and to select aquatic plant species with high resistance to atrazine. In the phytoremediation system with resistant plants, the dynamic degradation of atrazine is investigated in sterile condition and nature condition，respectively; and in comparison with the control without emergent plants, the removal contributions to atrazine of emergent plants, microorganisms and other factors are analyzed. In this phytoremediation system, uptake, transformation and metabolism mechanism of atrazine by emergent plants, as well as the herbicide bioconcentration capacities of the emergent plants, are studied; and the plant-microbe interactions are also assessed to clarify the promoting mechanism of emergent plants for remediation of atrazine-contaminated water. This information is valuable to conservation and other practices about water quality improvement from atrazine contamination.

植物修复是治理水体阿特拉津污染的一项高效、经济的技术，但关于挺水植物在修复污染水体中的贡献以及污染物在修复系统中的归宿研究较少。本项目以水培试验为基础，以植物的生长和生理指标为依据，研究常见挺水植物对阿特拉津胁迫的生态响应，明确水体阿特拉津污染对水生植物的生态毒理效应，筛选具有耐药性的挺水植物。并研究以耐受型挺水植物构建的植物修复系统中，阿特拉津在抑菌和不抑菌条件下的降解动态，并与无植物对照相比较，明确挺水植物、微生物和其他因素在阿特拉津污染去除过程中的贡献。同时研究修复系统中挺水植物对阿特拉津的富集能力，以及阿特拉津在植物体内的迁移、分配规律和降解机制，探讨植物-微生物的相互作用，分析挺水植物促进污染物降解的机理，为完善治理水体阿特拉津污染的植物修复技术提供科学的依据。

本项目以水培试验为基础，评价了水体阿特拉津（ATR）污染对常见挺水植物的生态毒理效应。研究了以耐受型挺水植物构建的植物修复系统中，植物—微生物的相互作用，挺水植物对ATR残留消除的贡献，并分析ATR在植物体内迁移、分配规律和降解机制，.水体阿特拉津污染对常见挺水植物的生态毒性具有明显的剂量和时间效应。菖蒲、黄花鸢尾对ATR耐受性较强，而且具有较强的耐寒能力，材料易获得，可作为水体ATR污染修复的先锋植物。. 以黄花鸢尾和菖蒲构建的修复系统中，ATR 35 d的消除率可达90%以上，半衰期缩短1/2-2/3。ATR初始浓度、植物和微生物均对ATR消除速率有显著影响。ATR消除率随初始浓度的增加而降低。植物对ATR消除的贡献率为34%-51%，具有修复ATR污染的潜力。修复系统中，挺水植物与微生物有较强的相互作用。植物可显著增加培养液中细菌的物种丰富度和均匀度；但当ATR浓度达到4 mg L-1时，该作用受到抑制。植物还可减小ATR对真菌多样性的剂量效应。微生物可减轻ATR胁迫对菖蒲的毒性效应，维持菖蒲正常的叶绿素含量和光合效率。. 挺水植物根系吸收累积ATR后，能够向上部组织器官运输，茎叶和根系ATR含量随初始浓度的升高而升高，二者呈显著线性相关；茎叶ATR含量随处理时间呈现先升高后降低的趋势，峰值出现的时间为14 d。但不同植物ATR在体内的累积特征亦存在不同。菖蒲茎叶ATR含量显著高于根系ATR含量，而黄花鸢尾根系稍高于茎叶或二者含量相当。微生物与菖蒲的相互作用更强，能明显维持菖蒲根系在逆境胁迫下对ATR的吸收作用，促进根系累积的ATR向茎叶转移，而且有助于ATR在茎叶中的降解。挺水植物体内累积的ATR，主要是通过微生物的脱烷基作用转化为DEA 和DIA。这是植物修复水体ATR污染的一个重要作用机理。但未发现植物能够将ATR彻底降解为CO2。比较而言菖蒲对阿特拉津具有较高修复潜力，更适宜作为修复植物。这些信息为完善治理水体阿特拉津污染的植物修复技术提供科学的依据。