PAHs降解菌在土壤-植物系统中的定殖特征及其强化植物修复机制研究

In recent years, the attention has been given to the efficiency improvement of soil phytoremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) using degrading endophyte colonization, although the studies on these areas were seldom reported. The colonization characteristics of PAHs degrading endophyte bacteria in soil-plant systems, their risks to ecosystem, and the effects on the phytoremediation are all unclear..In this project, PAHs will be selected as the target contaminants, and PAHs degrading endophyte bacteria isolated in the previous research will be colonized on plants using optimal methods. .The purports of this project are to make clear of endophyte colonization characteristics in soil-plant systems, to investigate the effects of endophyte colonization on the distribution and speciation of PAHs in plants and the removal of PAHs from soils. The mechanism of phytoremediation for soils contaminated by PAHs regulated by endophyte colonization will be studied; the effects of endophyte colonization on soil ecosystem and volatization of PAHs through the leaves will be evaluated; and the feasibility of endophyte colonization application to phytoremediation will be clarified..New ways will be proposed on avoiding ecological risk of soil phytoremediation of PAHs , and the results of this project will provide the basis for reducing the risk to POPs contaminated soil.

近年来，通过PAHs降解菌在修复植物体内的定殖来提高植物修复有机污染效率受到关注，但国内外相关报道还很少。目前，并不清楚降解菌在土壤-植物系统中的定殖特征、其生态风险以及降解菌定殖与污染修复的关系。本项目拟以多环芳烃（PAHs）为目标污染物，采用合适的定殖技术将前期筛选获得的具有PAHs降解特性植物内生细菌定殖到修复植物体内。旨在弄清其在土壤-植物系统内的定殖特征,降解菌定殖对修复植物体内PAHs的形态和分布、土壤中PAHs形态及去除效率的影响。探讨降解菌定殖调控植物修复PAHs污染土壤的作用机理；评价降解菌定殖对PAHs的植物挥发、土壤环境的影响；明确降解菌定殖技术促进污染修复、降低生态风险的可行性，提出有效规避植物修复有机污染生态风险的新思路和途径，为降低土壤有机污染风险提供依据。

本项目进一步完善了功能内生细菌菌种库。为功能菌定殖在PAHs防治工作提供了菌种支持。多株功能内生菌具有高效降解萘、芴、菲、芘、荧蒽、苯并[a]芘的能力，包括高效降解混合PAHs污染的能力。功能菌株降解芘的重要代谢中间产物为1-羟基-2-萘甲酸之后可以通过邻苯二甲酸或水杨酸途径降解。多株功能内生菌株可在好氧条件下高效降解高浓度的PAHs。并能适应范围较宽的pH、盐含量、温度和氧气等环境条件。共代谢基质可显著提高功能内生菌降解PAHs的效率，预示功能菌株可在植物体内有较好的去除PAHs能力。.本研究利用浸根、浸种、涂叶三种接种方法可成功地将菌株定殖到植株内，比较了各定殖方法的环境效率，探讨了功能菌在植物体内的定殖特征，提出了合适的定殖技术。研究结果表明，功能菌株可在目标植株体内转移，促进植株的生长与其体内PAHs的降解，抑制PAHs向地上部分的传导。功能菌定殖效率为灌根＞浸种＞喷叶，功能菌定殖对植物茎叶中芘污染的降低效果优于根部。.定殖功能菌对土壤细菌群落影响较小，但对目标植株体内细菌群落产生了正面影响。通过功能菌接种可显著影响植株内细菌结构。功能内生菌株PW7定殖影响了植物体内微生物丰度，提高了植物根部和茎叶部的微生物多样性。基于样品间OTU距离的聚类树分析，植物内细菌群落结构的相似度受接种和接种方式的影响。.项目同时探讨了功能菌株定殖对芘污染去除的机理。结果显示，通过功能菌定殖技术可显著改变植株内细菌群落结构，提高植物体内芘代谢酶活力，达到去除植物以及环境中芘的污染。芘污染条件下，功能内生菌株的定殖可显著提高植株体内邻苯二酚2, 3双加氧酶活性，提高植株体内多酚氧化酶和过氧化物酶活性，诱导小麦体内金属硫蛋白的产生。.通过该项目的实施，发表10篇科技论文（其中6篇SCI），出版了一本关于功能内生菌防治PAHs污染的专著。.综上所述，植物功能菌定殖技术为保护农产品安全和降低环境PAHs污染提供了新思路，本项目研究成果为功能内生菌的应用提供了技术与理论依据。