黄土高原工矿区PAHs和SO2对土壤-植物系统复合污染生态毒理效应研究

PAHs和SO2是黄土高原工矿区同时被发现的两种典型环境污染物，本课题拟利用前期研究中筛选出的工矿区耐性植物，以盆栽实验为主并通过野外原位采集污染土壤与植物样品，主要应用生态毒理学研究方法，首次开展黄土高原工矿区PAHs和SO2对土壤-植物系统的复合污染生态毒理效应研究。重点以植物组织细胞CYP450s基因、蛋白表达及土壤微生物群落多样性为生物标记物监测和预报环境污染状况，即采用RT-PCR与Western-Blot分析PAHs体内代谢的重要I相酶CYP450s的基因和蛋白表达；采用RAPD与DGGE技术研究PAHs和SO2复合污染对土壤微生物群落DNA序列的多样性和微生物群落基因多样性的影响。本项研究的进行将建立黄土高原工矿区PAHs和SO2复合污染植物-土壤微生物诊断指标体系,并可能揭示耐性植物的抗性机理，为黄土高原工矿区土壤环境复合污染植物-土壤微生物修复提供理论和科学依据。

PAHs和SO2是黄土高原工矿区同时存在的两种典型环境污染物，本课题在污染土壤原位采样分析的基础上，采用盆栽试验的方法，以工矿区生黄土为供试土壤，以小麦、玉米、黑麦草、苜蓿为材料，在多环芳烃(PAHs，以萘、菲、芘为代表污染物)和二氧化硫(SO2，以其在土壤中的衍生物-硫酸钠和亚硫酸钠的形式添加)的不同浓度梯度条件下，进行了PAHs和SO2单一及复合污染对土壤微生物-植物系统的生态毒性研究，分析了污染物生态毒性诊断预警的指标体系，结果表明：.1. 小麦和玉米种子萌发对低、中浓度PAHs和SO2单一及复合污染不敏感，只有复合污染最高浓度下表现出毒性效应；复合污染条件下小麦、玉米株高、根长及地下生物量均表现为低促高抑。单一及复合污染对玉米地上生物量的影响大于其地下生物量，而小麦的地下生物量受PAHs的影响微弱；单一污染及复合污染低浓度时对黑麦草、苜蓿种子萌发率影响较小，高浓度下抑制作用显著(P<0.05)。.2. 单一及复合污染均引起了黑麦草和苜蓿组织抗氧化系统的应激变化，随浓度的升高，脂质过氧化产物MDA在显著增加，复合污染损伤程度强于单一污染；苜蓿和黑麦草组织抗氧化酶系统对复合污染呈现出各自不同的响应特点 (诱导或抑制)。.3. 单一及复合污染条件下，黑麦草和苜蓿CYP76B1基因表达量随浓度的提高整体呈现出下调趋势，苜蓿下调趋势更明显；苜蓿CYP450总量随浓度的提高呈现降低的趋势，且对复合污染更敏感；黑麦草CYP450总量在复合污染低浓度呈现出提高趋势，高浓度时降低。.4. 单一及复合污染条件下，黑麦草和苜蓿土壤微生物群落多样性指数、微生物量均呈现为低促高抑。黑麦草土壤微生物群落受单一污染的影响较小，其复合污染土壤细菌多样性指数变化幅度均大于单一污染，即黑麦草土壤微生物对复合污染敏感性更强；而苜蓿土壤细菌多样性指数在SO2单一污染条件下要高于PAHs单一污染和复合污染，聚类分析表明PAHs对苜蓿土壤细菌群落结构影响较大。土壤脱氢酶和蔗糖酶活性随污染浓度的变化而波动，脲酶活性始终处于激活状态。.5. 山西工矿区表层土壤多环芳烃总量和水溶性硫酸盐含量分别与重金属Hg，Pb，Cd，Cu，Zn，Mn的含量显著相关；以山西工矿区生黄土为对照，从多样性指数、DGGE指纹图谱相似性聚类分析可知，土壤微生物多样性受污染程度和污染物种类的影响变化幅度较大。