甲基对硫磷及4-硝基酚污染土壤的微生物修复机理研究

甲基对硫磷作为高毒的有机磷杀虫剂广泛应用于农业生产，与其水解产物4-硝基酚(同时也是一种重要的化工原料)均是难降解的环境污染物。Pseudomonas WBC-3菌株能够完全利用甲基对硫磷和4-硝基酚，其全代谢途径的分子生物学机理已由本组阐明。本申请拟在此基础上，将遗传背景清楚的WBC-3菌株接种到甲基对硫磷人工污染土壤中进行生物修复，将甲基对硫磷及其具有毒性的中间产物4-硝基酚一并彻底消除。同时，在该菌代谢分子机理指导下，监测土壤中的甲基对硫磷去除及中间产物(4-硝基酚及其开环底物对苯二酚)的消长规律，以及修复过程中代谢途径中三个关键酶基因的转录情况，以尝试在分子水平对生物修复的机理进行探索。并以变性梯度凝胶电泳等分子生态学技术监测生物修复过程中土著微生物的多样性变化，对生物修复做出环境生态学评价，研究结果将为最终应用微生物修复技术进行环境污染物的控制提供理论基础。

甲基对硫磷（Methyl parathion, MP）是一种被广泛应用于农业生产中高毒性的有机磷农药，并且是重要有毒有害且难降解的污染物之一。甲基对硫磷的水解产物4-硝基酚(para-nitrophenol, PNP)尽管其毒性比甲基对硫磷低，但是由于其高水溶性，导致4-硝基酚在环境治理中也受到广泛关注。本研究选取甲基对硫磷作为模式污染物，以可利用甲基对硫磷或4-硝基酚作为唯一碳氮源生长的菌株假单胞菌WBC-3接种污染土壤环境，采用生物强化技术治理甲基对硫磷或4-硝基酚污染的土壤。并对修复过程中土壤微生物生物多样性的变化进行了研究。结果表明接种菌株WBC-3可显著加快土壤污染物甲基对硫磷或4-硝基酚的降解消除。对不同甲基对硫磷污染浓度（0.3 - 0.5 mg/ g soil）在两周左右可以完全降解，并不积累中间有毒产物。在未接种的处理组中，甲基对硫磷在土著菌群和土壤化学作用下水解成并积累4-硝基酚。另外，在菌株WBC-3降解甲基对硫磷的过程中同时监测到亚硝酸根离子（NO2-）的积累，但是随后在土著菌群的作用下，最终NO2-浓度趋于平衡。实时定量PCR分析和变性梯度凝胶电泳分析显示WBC-3菌稳定存在于整个生物强化过程中。同时，通过多元变量冗余分析评价了环境因素和微生物群落结构之间的关系，表明接种的WBC-3菌株显著影响了土著细菌群落结构（P = 0.002）。本研究采用分子生态学研究方法检测生物强化过程中土壤微生物种群结构的变化，证实菌株WBC-3可以作为菌种添加剂采用生物强化技术用于土壤环境中的甲基对硫磷或4-硝基酚的污染处理。本研究结果对甲基对硫磷或4-硝基酚污染土壤的生物修复具有潜在的应用价值。