水溶性有机物促进白腐菌降解土壤多环芳烃的作用机制

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a group of typical hydrophobic compounds, and their bioremediation is limited by their poor solubility. White rot fungus can use enzymes to effectively biodegrade PAHs. Dissolved organic matter (DOM) can increase the solubility of PAHs and promote the growth of white rot fungus. Using DOM to enhance the degradation of PAHs by white rot fungus can be an effective way. This proposal was aimed to investigate how DOM works to boost PAHs biodegradation by white rot fungus in soils. Experiments will be carried out 1) to study the process of adsorption of pyrene by soil, and effects of DOM from different sources, different molecular weight and polarity on the process; 2) to study carbon source utilization by white rot fungus, enzymes involving in the degradation process, and the mechanism behind DOM’s promotive effect on pyrene degradation by white rot fungus; and 3) to find out the relationship between enzyme prodution by white rot fungus and the process of pyrene degradation and the key influencing factors in DOM’s boosting effects on pyrene degradation by white rot fungus in soil. It is expected that the results from this project, i.e., the mechanism behind DOM’s promotive effect on pyrene degradation by white rot fungus, which will provide scientific basis for remediation of PAHs-polluted soils.

多环芳烃(PAHs)是一类典型的疏水性化合物，其生物修复受溶解性差和毒性强的限制。白腐菌特殊的酶代谢方式能有效地降解PAHs，水溶性有机物（DOM）有增溶PAHs和促进白腐菌生长的作用，利用DOM促进白腐菌对PAHs的降解是目前生物修复PAHs污染土壤的有效手段。本项目以菲或芘为PAHs模型污染物，对DOM进行分级、分离，研究DOM增溶PAHs对土壤吸附、菌丝吸附的影响作用，分析DOM促进白腐菌菌丝菌丝生长和关键酶降解PAHs的影响，进一步研究DOM促进白腐菌降解土壤PAHs的关键影响因素，重点分析白腐菌的碳、氮源利用规律和降解酶产生的途径与机制的耦合关系，揭示DOM促进白腐菌降解土壤PAHs的作用机制，深入研究在土壤-微生物界面上复杂的吸附/生物吸附及生物降解过程，为以多环芳烃为有机污染土壤的有效控制与修复提供科学依据。

本项目以芘为PAHs的研究对象，以白腐真菌的常用菌株黄孢原毛平革菌Phanerochaete chrysosporium（PC菌）为降解真菌，研究了DOM对土壤吸附-解吸芘的影响，分析了DOM对菌丝生物吸附芘的作用机理，探讨了DOM对降解酶系产生过程的关系，分离并鉴定了其它芘降解真菌，发现：.（1）土壤的内源DOM抑制土壤对芘的吸附作用，不同浓度的外源DOM对芘在土壤的吸附是促进还是抑制取决于DOM的临界值浓度，不同分子量DOM对土壤吸附芘的影响不同，来源于生猪粪的DOM比来源于蚯蚓粪的DOM更加能促进芘的溶解；.（2）增加DOM的用量，促进菌丝对芘的吸附；死菌丝比活菌丝吸附芘的能力更强；.（3）死菌丝比活菌丝前期的生物吸附更强，但更易解吸出来；活菌丝在降解酶的作用下，能彻底去除PAHs。添加DOM比未添加更能促使菌丝产酶，且加入量越多，测到酶活性的时间越早。DOM中的大分子组分有增溶作用，，小分子组分的DOM可作为电子供体的有机碳源被氧化分解，为PC菌的生长提供碳源和能源，生物吸附量也相应增大，在高C/N和共存PAHs时又诱导了降解酶的产生；.（4）大分子量DOM能增加土壤和菌丝对PAHs的解吸，中分子量DOM能促进土壤颗粒的吸附，缩短了降解酶与PAHs之间的距离，而小分子量DOM被菌丝以能源的形式利用而增大菌丝量；.（5）菌丝干重的增长与酶活性、氮浓度都呈正相关；且酶活性越高，菌丝干重增长至最大值越快；氮浓度越高，菌丝球老化变黄的时间也越早。酶的分泌与氮浓度和C/N相关，木质素过氧化物酶（LiP）和锰过氧化物酶（MnP）的分泌有特定的阈值，也就是说极低的氮浓度和特定的C/N是酶产生的不可缺少的条件；.（6）采用升华法成功筛选到3株芘降解菌H1、H2、H3，其培养特征及显微形态特征分别与烟曲霉（Asperqillus fumigatus）、棘孢木霉（Trichoderma asperellum）、卷枝毛霉菌（Mucor circinelloides）最相似。以约5 mg/L的初始芘浓度检测其降解率，以不加菌为空白对照，H1、H2、H3对芘的降解率最大分别达到75.63、81.82、95.98%，H2、H3培养30天分别比PC菌的降解率高了8.49%、22.65%。